毕业设计-柴油机气缸体钻定位孔专用机床设计

毕业设计4135柴油机气缸体钻定位孔专用机床设计学生姓名学号系别专业班级指导教师完成日期摘 要本设计说明书主要是针对4135柴油机气缸体零件设计钻定位孔专用机床，其中主要包括根据零件图及生产纲领拟定柴油机气缸体加工工艺规程；专用机床各部件的设计，关键是主轴箱的设计以及专用机床专用夹具的设计，该说明书对这些内容作了详细具体的计算和说明。同时在设计计算的基础上阐述了如何绘制气缸体定位孔工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、主轴箱展开图、专用夹具图以及在绘制中应注意的问题。目前，专用机床行业产销呈上升趋势，专用机床的质量，技术含量也渐渐跟上世界其它制造业强国的水平。我国的现今是一个制造业大国，还不能称之为制造业强国。要使我国真正由制造业大国变成制造业强国，机械行业的责任重大。当然作为机械行业的专用机床行业也不例外。专用机床行业一要展开科技攻关，攻克当前行业企业技术发展上的难题；二要加强与国外的合资合作，利用和学习国外的先进技术，提高企业的现代化管理水平和技术水平；三要通过对引进技术的消化吸收进行再创新，发展自己的产品。但在吸取别人经验以及自身努力提高的基础上，发展专用机床行业也有一定的难处：由于它是集加工工艺、机床夹具、辅具、刀具、检验测量、物流等于一体，实现交钥匙工程，从而涉及技术领域宽且复杂，又是一次性制造，要保证一次成功，所以技术难度大等。关键词：主轴箱 夹具 工艺规程4135 diesel engine cylinder blocks drilling positioning special machine design. HolesAbstract This design instruction booklet mainly aims at the components of 4135 diesel engine cylinder block to design special purpose machine of drilling the index hole. In which mainly in dudes that the processing technological process which designed according to the detail drawing and the production guiding principle; various parts designing of special purpose machine, the key is the headstocks designing as well as the unit damps designing, this instruction booklet has made the detailed computation and the explanation to these contents. Meanwhile, elaborated how to draw up the working procedure chart of drilling the index hole on air went cylinder body, processing schematic drawing, the relational dimensional drawing of the special purpose machine of drilling the index hole, headstock developed view, the unit clamp chart in the foundation of designing and calculation, as well as the question which should be pay attention in the cartography. At present, Special machine tool industry production and marketing, are on the rise, Special machine quality, technical content also gradually with the level of world other manufacturing power. Chinas current is a manufacturing power, still cannot call manufacturing power. To make our country by actual manufacturing power into manufacturing power, machinery industry responsibility is significant. Of course as a machinery industry special machine tool industry is no exception. Special machine tool industry to launch a torch-plan, conquer the current industry enterprise technology development problem; Secondly, to strengthen and foreign joint venture cooperation, utilization and learn foreign advanced technology, improve the modern enterprise management level and technical level; Thirdly, based on the imported technology before the digestion and absorption of innovation, develop their own products. Developing special machine tool industry also has certain difficulty: because it is sets processing technology, the machine tools fixture, props, cutting tools, measuring and testing, logistics is equal to one, achieve turn-key project, which involves technology is complex, wide and is one-time manufacturing, to ensure a success, so the technical difficulties, etc.Key wordsHeadstock Jig Technological process目 录中文摘要I英文摘要II前 言11 概述22 专用机床总体设计32.1 钻定位孔工序图42.1.1 加工工序图的作用和要求42.1.2 工序尺寸及其公差42.1.3 钻定位孔用定位基准42.1.4 绘制加工工序图时应注意如下几点：42.2 钻定位孔专用机床加工示意图52.2.1 确定机床配置形式52.2.2 计算主轴直径52.2.3 等套的选择52.3 钻定位孔专用机床尺寸联系图72.3.1滑台的选择72.3.2侧底座的选择82.4 专用机床生产率计算卡82.4.1机床理想生产率的计算82.4.2 机床实际生产率93 专用机床的零部件设计93.1主轴箱设计93.1.1主轴箱所需动力的计算93.1.2动力头的选择103.1.3根据切削参数，初选齿轮模数m=2.5，计算各级传动比及各传动齿轮齿数。103.1.4主轴箱体的选择123.1.5验算齿轮模数123.1.6 计算传动轴及主轴的直径143.1.7 轴承的选择143.1.8轴的校核143.1.9轴承的校核163.1.10齿轮的校核163.1.11校核键联接的强度183.1.12主轴箱的润滑183.2夹具的设计193.2.1夹紧动力的选择193.2.2定位元件的设计193.2.3夹紧机构的设计203.2.4夹紧力的确定204 液压控制系统的设计22参考文献25附录1 4135柴油机汽缸体加工工艺过程26附录2 机床生产率计算卡34致谢35前 言在经过了四年的本科学习后，我们已经对机械设计的各个环节有了一定的了解和掌握，具备了一定的工程意识。毕业设计作为大学本科四年学习的最终环节，正是为了检验我们的掌握程度，同时进一步培养我们独立设计开发产品的能力，以提高结构设计和编制技术文件的能力。此次毕业设计的课题是4135柴油机气缸体钻定位孔专用机床设计。专用机床能从多方面，多工位，多轴对一个或几个工件同时进行加工，和一般机床相比，具有自动化程度高，加工效率高，减轻工人劳动强度等优点，因此在机械行业中发挥着重要作用，从而这次毕业设计对于我们以后走上工作岗位，步入机械行业是非常有价值的一次训练。为了顺利完成此次毕业设计，在整个设计的过程中参考了多本与此次设计有关的书籍，并在指导老师的的指导下最终完成了此次毕业设计，并同时写了这本毕业设计说明书。在这本毕业设计说明书中，主要写明了以下几个部分：一、4135柴油机气缸体的加工工序；二、4135柴油机气缸体钻定位孔专用机床的总体设计方案；三、4135柴油机气缸体钻定位孔专用机床加工示意图绘制过程中的注意事项、各参数的计算确定过程；四、钻定位孔专用机床的主轴箱的设计；五、钻定位孔专用机床的液压原理的初步设计。由于知识的局限性，以及能力和水平的亟待提高，设计中肯定存在许多不足之处，希望各位老师不吝批评指正。1 概述目前，专用机床作为一种高效技术装备，仍然广泛用于机械工业的各个生产领域，诸如汽车，内燃机，压缩机等的生产。我国的专用机床行业也随着我国经济的发展而快速的进步。随着计算机技术的快速发展，专用机床自动线技术正变得越来越成熟。现代组合机床和自动线作为机电一体化产品，它是驱动，控制，测量，监控刀具和机械组件等技术的综合反映，因此专用机床自动线的发展如何，就代表了我国目前的专用机床行业的水平。专用机床及其自动线的特征是高效、经济实用，而被广泛运用于工程机械，交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的专用机床和专用机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量较大的大中型箱体类和轴类零件，完成钻孔，扩孔，铰孔，加工各种螺纹，镗孔，车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。随着现代控制工程技术的发展，专用机床的柔性化程度越来越高。受我国专用机床及专用自动线总体水平的制约，国内高技术含量的专用机床及自动线均是从国外引进的。专用机床的柔性化主要是采用数控技术来实现的。开发柔性专用机床和自动线的主要前提是开发数控加工模块。因此，我国正朝着市场的要求不断开发新技术，新工艺，研制新产品，但同时我国的组合机床行业也急需解决以下问题：一、提高现代化管理水平。二、提高企业创新能力。三、培养组合机床的高技术人才。目前，专用机床行业产销呈上升趋势，专用机床的质量，技术含量也渐渐跟上世界其它制造业强国的水平。我国的现今是一个制造业大国，还不能称之为制造业强国。要使我国真正由制造业大国变成制造业强国，机械行业的责任重大。当然作为机械行业的专用机床行业也不例外。专用机床行业一要展开科技攻关，攻克当前行业企业技术发展上的难题；二要加强与国外的合资合作，利用和学习国外的先进技术，提高企业的现代化管理水平和技术水平；三要通过对引进技术的消化吸收进行再创新，发展自己的产品。但在吸取别人经验以及自身努力提高的基础上，发展专用机床行业也有一定的难处：一是技术难度大，由于它是集加工工艺、机床夹具、辅具、刀具、检验测量、物流等于一体，实现交钥匙工程，从而涉及技术领域宽且复杂，又是一次性制造，要保证一次成功，所以技术难度大；二是经营风险率高，专用机床及专用机床自动线是根据用户订单制造的，不可能有试制探索过程，要确保一次成功，有相当大的技术风险。由于技术方案不当，造成局部或整体报废的情况屡见不鲜；由于一次性制造，在制造调试过程中难保不出现问题，解决这些总是需要时间，从而按期交货也有一定的风险；由于装备是专门为某一用户定做的，当该用户因种种原因不能如期付款，甚至无力付款时，势必造成制造业的损失，现代的金融制造还无法约束对方，产品无法转让他人的情况下，经营显而易见；三是协作困难大。由于是一次性制造，它不想汽车那样大量生产，也不像通用设备那样批量生产，找写作厂家很困难，条件一般的企业，很难保证一次性制造出合格的产品，条件好的企业对这种委托协作看不上；四是技术依赖性强，专用机床及其自动线从设计，工艺编制，生产制造到装而已调试的全过程，都需要一批有经验的技术人员，管理人员和技术工人。综上所述，专用机床行业的发展既面临着机遇，又面临着巨大的挑战。专用机床制造水平的提高乃至整个制造业技术的提升，都需要一代代机械行业的技术人才共同努力，使我国真正从制造业大国变为制造业强国.2 专用机床总体设计专用机床总体设计是根据制定的工艺规程，先确定出机床的配置形势，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。再制定良好的机床配置形式和主要部件的结构方案的基础上，完成“三图一卡”即加工工序图、加工示意图、联系尺寸图以及机床生产率计算卡的绘制。由上知，拟定加工零件的工艺规程是整个设计非常关键的一部分。拟定的工艺方案要能够使设计的机床达到“体积小、重量轻、结构简单、使用方便、效率高，质量好”的要求。此次毕业设计所设计的专用机床是4135柴油机气缸体钻定位孔专用机床。根据所给的零件图，零件的生产纲领20000件，以及拟定工艺规程的方法和顺序，拟定了如下的加工工艺规程（详见附录1）。拟定了上表的气缸体加工工艺规程后，就开始着手专用机床设计了，由拟定的工艺规程知，所设计的专用机床完成的是工序15，针对拟定的工序方案以及工序15的加工内容，开始进行后面的设计。2.1 钻定位孔工序图2.1.1 加工工序图的作用和要求被加工零件加工工序图是根据拟定的工序15的方案，表示出所设计的专用机床完成的工序内容和加工部位。它是专用机床设计的主要依据，工序图应标注有：定位基准、夹紧符号，工序尺寸及公差、形位精度、表面粗糙度、以合理的技术要求等。2.1.2 工序尺寸及其公差 次设计所设计的钻定位孔机床完成的定位孔的尺寸为：钻孔部分直径25.8mm，深27mm；在钻孔的基础上再进行铰孔，铰孔部分直径为26mm，深22mm。由于定位孔在后面的多道工序中将会作为定位基准，因此定位孔的尺寸精度要较高，采用IT7级，查机械设计课程设计手册续表9-6，得出定位孔尺寸及公差mm，未经过铰孔的部分不作为定位基准孔，因此其尺寸精度相对较低，采用。 同上理，钻孔部分表面粗糙度较低，取Ra3.2，铰孔部分相对较高取Ra1.6。在孔口还应倒一3.545倒角，目的是方便定位销能顺利插入定位孔中，最后要保证的尺寸为两孔间的中心距7500.05mm，及孔中心离左面的距离600.75mm。2.1.3 钻定位孔用定位基准在钻定位孔钱的两道工序中，分别铣削了气缸体左侧面四块平面和三个凸面及顶面，底面和右侧放水阀平面。为保证定位孔的加工精度，根据精基准选择的原则中的选用已加工表面作精基准这一原则，钻位孔时的定位基准采用前面已加工的左侧面的四个凸台面作为定位基准，以右侧放水阀平面作为夹紧面。定位采用两面一销。即左侧面的凸台面，底面以及第三个气缸孔。2.1.4 绘制加工工序图时应注意如下几点：(1)加工部位要用粗实线显著加深，加工部位的尺寸下要用一条粗实线标明，如7500.05。(2)其它非加工部分亦要加粗，但要比加工部分的粗实线相对较细，比中心线粗。(3)加工工序图上作定位基准处的尺寸要标出，为后面夹具设计作铺垫。2.2 钻定位孔专用机床加工示意图加工示意图是在工艺方案和组合机床总体方案初步确定的基础上制造绘制的，是表达工艺方案具体内容的工艺方案图，根据拟定的加工工序确定定位孔专用机床的配置形式。2.2.1 确定机床配置形式在前面加工工序图的绘制里，已经确定了钻，铰定位孔的速度均为12m/min，且进给速度均为0.324mm/rad。因此为简化主轴箱结构，将切削用的刀具做成钻铰复合刀具，装在两根相见的主轴上。采用了钻铰复合刀具，同时考虑气缸体定位孔的特点，本专用机床采用卧式单2位组合机床。2.2.2 计算主轴直径钻定位孔时切削用量较大，因此计算主轴所受扭矩，主要考虑钻定位孔时所受扭矩。钻孔直径25.8，切削速度Vc=12m/min，Vf=48.6mm/min1、 计算主轴转速 （2-1） 取整 n=150rad/min切削进给量 （2-2）主轴所承受的扭矩: =4959.3公斤.mm （2-3） 查组合机床设计第一册表5-10 取主轴直径35mm 查组合机床设计第一册表5-2取外伸尺寸L=115mm D/=50/36 接杆莫氏锥3号在选定的主轴外伸尺寸的基础上选择接杆类型，查组合机床设计第一册图4-103，及图4-104，选取13号接杆A型，接杆总长L在后面确定。2.2.3 等套的选择由于设计的钻定位孔专用机床为卧式单2位型的，在钻孔过程中，刀具及主轴外伸部分有一定的自重，因此需要采用导套结构，导套的作用在于保证刀具对工件的正确位置，保证各刀具相互间的正确位置和提高刀具系统的支承刚性，导套分固定式导套和移动导套。（1）固定式导套的布置 根据组合机床设计手册第一册 表3-4 图2-1 固定式导套的分布其中为钻孔直径得 取因为刀具采用钻铰复合刀具，因此当刀具磨钝后，刀具不能刃磨，所以刀具刀杆部分长度取较短，那么在导套中起导向作用的选用接杆的部分，所以导套d=36mm。 查组合机床设计第一册表3-3，得D=55mm（2）导套至工件端面的距离气缸体为铸铁件，查组合机床设计第一册图3.29，取（3）确定接杆总长在以上各部分确定以后，现在可以确定接杆总长了 图2-2 接杆查组合机床设计第一册图4-104得 D=36mm L1=110mm D2=50mm L2=30mm长L3部分是在导套中起导向作用的部分，综合考虑孔深，导套长L1,取L3=105，所以秸秆总长 L=L1+L2+L3=110+30+105=245mm （2-4） （4）计算主轴工作进给、快进、快退距离 工作进给长度 由外文资料切出长度A （2-5）取切入长度3mm。 （2-6） 取。快退距离 为方便取下刀具和接杆，在刀具即钻头钻失退回出导套之后，还应向后退至少接杆插入主轴中的长度L1，综合考虑导套长度，刀杆长，以及接杆长度后，取，则快进长度 （2-7）绘制加工示意图时，应在图上标出刀具的快进、工作进给、快退距离。2.3 钻定位孔专用机床尺寸联系图联系尺寸图是用来表示机床各组成部件的相互装配关系，以检验机床各部件相对位置尺寸是否满足要求，通用部件的选择是否合适。因为在绘制联系尺寸时要考虑主轴箱，动力头的尺寸，因此主轴联系尺寸图的绘制是在主轴箱的设计完成之后绘制的。依据主轴箱的尺寸，刀具的工作行程选择滑台型号。2.3.1滑台的选择根据前面计算的刀具工作行程，L=250mm，以及主轴箱尺寸1000500325mm，动力头ITD32,400400320，选择HY系列液压滑台的HY40AI型，滑台最大行程400mm，滑台总高H=320mm，长L=1240mm，滑台面宽B=400mm。2.3.2侧底座的选择为了便于操作和省力，对于一般卧式组合机床，装料高度应在8501200mm。考虑装料方面，以及滑台型号的基础上选择侧底座。为保证液压滑台安装在侧底座上的稳定性选择侧底座ICC32I型，L2=1180mm，B=520mm,H=560mm。 图2-3 侧底座ICC32I型确定机床机床装料高度 （2-8）中间底座高度 （2-9） 其中表示夹具定位面距离中间底座的高度。 主轴高度 （2-10）在确定了以上各件尺寸后，综合夹具图、主轴箱图、工序绘制图、加工示意图绘制出联系尺寸图。2.4 专用机床生产率计算卡根据加工示意图所确定的工资循环、工作行程以及算成的切削用量，即可以计算机床的生产率。2.4.1机床理想生产率的计算机床理想生产率Q是指机床在百分之百负荷情况下每小时的生产能力。 （1）计算加工一个工件所需的时间 （2-11）由前面的计算知：动力头快速行程速度，一般取4.710m/min死挡铁停留时间这里取根据对各类机床的统计，一般为0.51.5分鉴于气缸体钻定位孔工序所用的定位面即那4个凸台面，以及工件装夹的方便程度，取 = （2-12）机床理想生产率 （2-13）2.4.2 机床实际生产率由前述知设计的钻定位孔专用机床生产纲领20000件，实行单班制。 （2-14）即机床负荷率为33.2%。3 专用机床的零部件设计3.1主轴箱设计3.1.1主轴箱所需动力的计算1、计算每根主轴上的切削功率 （3-1）其中M主轴所承受的扭矩，由前面计算知 M=4959.3公斤mm （3-2）2、 所需电动机功率的计算 （3-3） （3-4） 选择电动机的功率P=2.2kw3.1.2动力头的选择（1）计算主轴的转速及进给量 由前加工示意图的绘制及转速，进给量的计算中得出主轴转速 n=150rad/min f=0.324mm/rad（2）动力头选择ITD32工型，电动机型号y100，电动机功率2.2kw， 电动机转速1430rad/min,驱动轴转速715转/min根据切削参数，初选齿轮模数m=2.5，计算各级传动比及各传动齿轮齿数。在确定各级齿轮的齿数及各级转动比时要以以下两点依据来确定：（1）两主轴间中心距a=750mm （2）动力头驱动轴转速为，主轴转速,=150rad/min.固从动力头驱动轴带动两根传动轴最终到主轴，两端对称分布，取两主轴中心距的一半即a/2=375mm计算 齿总和 （3-5）方案一：一级传动：传动系统图如下：图3-1 一级传动系统图又 即 又驱动轴离主轴箱底部的距离由动力头ITD32工型的参数知为h=125mm 显然方案一不合适。若将两主轴与驱动轴不布置在同一水平面上，虽然齿轮的直径已经很长，所需的主轴箱尺寸也很大，故第一方案改用空间布置也不合适。方案二：采用二级变速，传动系统图如下： 图3-2 二级变速传动系统图同理：总体传动比取第二组传动副间传动比为 最大齿轮即齿轮数为150齿的齿轮半径为方案二不合适方案三：采用三级变速，传动系统图如下：图3-3 三级变速传动系统图鉴于前两种方案均不合适在齿轮数选的过大，在这里取齿轮副的齿数和Sz120 又方案三合适。3.1.4主轴箱体的选择方案三中，所有齿轮的横向尺寸如下： （3-6）差组合机床设计第一册表51取箱体尺寸为1000500，卧式用。3.1.5验算齿轮模数根据弯曲疲劳强度计算驱动轴上的齿数模数 （1）计算齿轮工作应力循环次数N 动力头驱动轴齿轮z1=22 （3-7） （3-8）（2）查机械设计图1018得弯曲疲劳寿命系数 （3）由机械设计图1020c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限 （3-9） （3-10）（4）计算载荷系数 （3-12）小齿轮线速度 （5）查机械设计表105得 齿形系数 （6）查机械设计表105得 应力校正系数 （7）计算大小齿轮的并加以比较 （3-13） （3-14）（8）计算小齿轮转矩 （3-15）（9）计算m （3-16）模数取m=2.5合适3.1.6 计算传动轴及主轴的直径取轴材料为45钢，查机械设计表153 取 （3-17）而且ITD32驱动轴轴径为满足要求。II，III轴直径取IV，V轴直径取VI，VII轴直径取查组合机床设计第一册表56，选取主轴箱中的齿轮均为通用齿轮 动力头齿轮齿宽其余 取齿宽为 及的齿轮宽度均为3.1.7 轴承的选择根据计算出的轴的直径，以及轴的类型，选择轴承，II，III，IV，V均为传动轴，受到的轴向力很小，选用深沟球轴承，II，III上采用深沟球轴承6005，IV，V轴选用深沟球轴承6006，VI，VII轴即两根主轴上选用深沟球轴承30307。3.1.8轴的校核由于驱动轴直径，主轴直径是在绘制主轴箱和加工示意图时分别按标准和经验公式计算出的，然后选择的标准件，因此这里不校核驱动轴和主轴，而是校核II，III轴。II，III轴传动的功率，结构，轴径都一样，因此校核一根即可。II轴变力情况如下图： 图3-4 二轴变力图计算图中所示各力： （3-18） （3-19） （3-20） 图3-5 校核图 (3-21) (3-22)查机械设计表154得 (3-23) (3-24)前已选定轴的材料为45缸。掉局处理，得II，III轴强度合适3.1.9轴承的校核由前面轴的校核中，计算出的,可以确定出两深沟球6005所受的径向力，如下： (3-25) (3-26)轴承所受的当量动载荷p（计算承受径向力较大的） (2-27)查机械设计表136，对于中等冲击或中等恒性力这里取查机械设计手册表61得深沟球轴承6005的基本额定动载荷计算轴承寿命：，对于球轴承 (3-28)显然轴承寿命满足要求3.1.10齿轮的校核1、按齿面接触疲劳强度计算查机械设计式（108）得 (3-29)齿轮的接触疲劳强度 u是齿轮副的传动比现在计算III轴与主轴上45齿与75齿齿轮副的接触疲劳强度 (3-30) (3-31) (3-32) (3-33)上式中查机械设计表106得=188.9MPa.K值在前面算齿轮模数时已经算出查机械设计图1021得齿轮的接触疲劳强度极限又齿轮的接触疲劳强度满足。2、 按齿根弯曲疲劳强度校核查机械设计式(104）得 (3-34)查表105得Z=45时 (3-35)查机械设计图102得齿轮的弯曲疲劳强度极限 (3-36)又齿轮的弯曲疲劳强度满足。3.1.11校核键联接的强度校核主轴上键的强度，键长l=28mm,轴径d=35查机械设计表62得许用挤压应力，取，键，轴，齿轮材料均为刚： （3-37）3.1.12主轴箱的润滑（1）轴承的润滑有脂润滑，油润滑，飞溅润滑，当滚动轴承的速度较低，d为轴承内径，n为转速时采用脂润滑，油润滑多采用箱体内的油直接润滑轴承，当箱体内圆周速度v23m/s时，常用传到件转动时飞溅的油润滑轴承。计算III轴上齿数为75齿的齿轮的圆周速度 （3-38）III轴上深沟球轴承转速: （3-39）主轴箱中的轴承采用脂润滑。（2）齿轮的润滑若齿轮采用油润滑，则浸油深度最少应为1个齿高，但不得小于10mm，且为避免油损失过大，同时为避免油搅动时沉渣泛起，齿顶到油池底面的距离应小于3050mm，在此设计的周转箱最低的齿顶到油齿底面的距离 （3-40）齿轮不适合采用油润滑，又因为齿轮转速较低最大仅为0.776m/s，所以在此齿轮的润滑也采用脂润滑。（3）周转箱体的密封由于齿轮和轴承均采用脂润滑，因此在主轴箱体隔板上的轴承外不用考虑密封，只是为防止箱体外的灰尘等进入主轴箱，因此在主轴伸出前盖处要有密封，考虑到主轴的转速较低，在此采用毡圈密封即可，毡圈密封一般适用于线速5m/s3.2夹具的设计在组合机床上加工时，工件依靠夹具上的定位支承系统，获得对于道具及其等高的正确的相对位置，夹具上的夹紧机构用来清除工件固变切削力工件自重的作用而产生的位移或振动，使工件在加工过程中继续保持正确的位置。夹紧机构通常由三部分组成：夹紧动力部分，中间传动机构和夹紧元件。设计夹紧机构时应满足一下要求：保证加工精度：夹紧后不能破坏工件正确的加工位置，不会破坏工件的已加工和夹紧表面；保证生产率；保证工作可靠；结果简单紧凑；操作方便3.2.1夹紧动力的选择夹紧动力选择液压夹紧，液压夹紧具有操作简便，动作迅速，易于控制等优点，另外由于油液具有不可压缩性，因此液压夹紧能够维持的刚性比气动夹紧所能维持的刚性高。3.2.2定位元件的设计在绘制加工工序图时已经确定了钻定位孔时的定位基准，即左侧四个凸台面，底面以及顶面第三个缸套孔。设计的钻定位孔机床为单工件卧室机床，工件加工时的放置形式已经确定。左侧四个凸台面采用支承板定位，限制沿z轴方向移动的自由度，顶面采用钻模板定位，同时钻模板上安装有导套起导向作用。以上两支承板分别限制V沿x轴移动，z轴的移动，绕z轴的转动，绕y轴的转动，绕z轴的转动五个自由度。那么顶面缸套孔的定位应限制沿y轴移动。为了防止过定位，插入缸套孔中的杆应做成扁的，而不是圆柱形的。同时杆应能自动控制出入缸套孔，由于前述采用液压夹紧，为简化结构，这里杆的自动控制也由液压来控制。再者，由于此时缸套孔未经加工，因此缸套孔直径尺寸精度较低，为使定位杆插入缸套孔时不至于因粗定位精度不高而进不了缸套孔中，把定位杆前段做成带定位杆结构，形状如下： 图3-6 带定位杆结构图3.2.3夹紧机构的设计夹紧力的作用点为右面放水阀平面，夹紧力的方向是垂直向下的。参考组合机床设计第一册图3109，夹紧机构采用直接夹紧机构，借助杠杆改变作用力的大小和方向，结构如下：图3-7 直接夹紧机构为使夹紧力右工件上均匀分布，将杠杆3做的较长，使压板4的中心线能和工件的中心线对齐，这样便可使夹紧力均匀分布在工件上，使得夹紧机构工作可靠。3.2.4夹紧力的确定工件加工时所受的切削力P，夹紧力Q1，Q2方向如下：图3-8 夹紧力方向（1）计算钻头钻孔时给工件的轴向力 查外文资料8.2.5 =因为工件为铸铁件所以k=60.5 （3-41） （3-42）,分别为工件用于定位和夹紧的平面的表面摩擦系数，取，同时因夹紧力和切削力p没有作用在一个平面上，为防止产生倾覆力矩，值不宜取过大，这里取，当采用直接夹紧机构时，希望选取较大的安全系数，以确保工件夹紧的可靠性，通常取，这里取。 （3-43)（2）液压缸直径的计算要求输入到液压缸中的油压力为1.55pa，这里取油压力为5Pa，液压缸油压力的大小由液压泵所选的电动机功率来满足，通过节流阀调节。 查机械夹具手册第三版，表168.按推理工作计算缸内径。（F为培基最大作用力，p为液压缸中液压油工作压力）接拉力工作时计算在前面的夹紧机构简图里，各部分的尺寸如下： 图2-9 夹紧机构各部分尺寸 F75=475由于液压缸活塞在松开工件时，活塞杆没有承受来自外部的力的作用，因此D2的大小可以不予以考虑，液压缸内径主要考虑D1的大小。选择液压缸内径D=140mm，活塞杆直径d=40mm。4 液压控制系统的设计在前述的夹具设计，联系尺寸图的绘制过程中，已经确定了钻定位孔专用机床左侧用于定位用的杆的工作过程都是依靠液压提供动力。为了保证钻定位孔专用机床的生产率，提高机床的自动化程度，最主要的就是合理的设计液压控制的各个环节，协调好液压动力所要控制的几个工作过程。由于液压传动易于实现复杂的自动工作循环，并且可以采用统一的液压系统来控制大量的机构，因此在钻定位孔专用机床的液压控制里，只需一个液压控制系统即可实现几个工作国产之间的协调工作。液压控制的要求：在启动机床工作开关后，要能实现工件的自动夹紧，主轴箱的自动快进，工进，快退三个工作工程，同时为了不频繁启动液压泵，在以上过程完成之后，液压泵还需继续工作。针对以上液压系统的要求设计液压原理图，设计思路如下：在启动机床控制开关后，首先左侧用于定位的液压缸开始工作，活塞推动定位杆，将定位杆插入缸套孔中，至此完成了工件的精定位，然后用于夹紧的液压缸开始工作，活塞杆移动到行程终点时，压板压紧工件，完成夹紧工作，最后液压滑台上的液压缸开始工作，在液压滑台上的液压缸的工作过程分为4个阶段：第一阶段：控制动力头主轴箱快进；第二阶段：快进一段距离后，压下行程开关，主轴箱开始工进；第三阶段：钻孔深度达到后，碰到抵挡铁，同时压下此行程开关，主轴箱开始快退；第四阶段：当主轴箱退回到工作行程初始点时压下行程开关，工作停止。依据上面的设计思路绘制液压原理图，由于左侧用于定位的及中间用于夹紧的液压缸只需完成简单的活塞往复运动，速度如一，简单的二通四位阀即可控。液压原理图如下：图4-1 液压原理图液压系统由图示的三个液压缸1、5、9，二个二位四通阀2、6，三个调速阀3、7、11.六个单向阀4、8、14、5、17、20，二个节流阀12、13，先导阀16，换向阀18，顺序阀2，背压阀26，液压泵22，电动机23，过滤器24，油缸25组成。液压系统工作原理如下：液压泵22由液压电动机带动旋转后，启动机床工作开关，由磁铁1YA通电：进油路 液压泵22单向阀4调速阀3换向阀2液压缸1左腔回油路 液压缸1右腔换向阀2液压缸延时一段时间后，电磁铁2YA通电。液压缸5开始工作，活塞推动压板，压紧工件，此时进油路，回油路如下：进油路 液压泵22单向阀8调速阀7换向阀6液压缸5下腔回油路 液压缸5上腔换向阀6油缸再经过延时，3YA通电，液压缸活塞推动液压滑台快进：进油路 液压泵26单向阀20换向阀18左位电磁阀10液压缸9右腔回油路 液压缸9左腔换向阀18顺序阀19背压阀21油箱当液压滑台快进212mm后，压下行程开关，行程开关控制电磁阀5YA得电，进入液压缸右腔的液压油改从调速阀11流进液压缸控制液压滑台工进。液压滑台工进38mm后碰上死挡铁，同时压下快退行程开关，快退行程开关控制电磁阀4YA得电，3YA失电，液压滑台快退。快退时进油路：液压泵26换向阀18右位液压缸9左腔。回油路：液压缸9右腔电磁阀10换向阀18油箱。当快退行程完成后，压下行程开关，控制4YA失电，1YA，2YA失电，夹具松开工件。参考文献1安子军主编.机械原理教程M.北京：机械工业出版社，2004.2濮良贵,纪名刚主编.机械设计M.第七版。北京：高等教育出版社，20013吴忠泽.罗圣国主编.机械设计课程设计手册M.第二版。北京：高等教育出版社，19994章宏甲.黄谊主编.液压传动M.北京：机械工业出版社，20025苏翼林主编.材料力学M.北京：高等教育出版社，19806P N Rao著.Manufacturing TechnologyMetal Cutting and Machine ToolsM.北京：机械工业出版社，20037王先斗.王春福主编.机床夹具设计手册M.第三版。上海：上海科学技术出版社，20008大连组合机床研究所编.组合机床设计M.第一册。北京：机械工业出版社，1975附录1 4135柴油机汽缸体加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备刀具夹具量具工时05铣铣左侧面四块基平面和三个凸台面，以缸套孔和轴瓦固定槽为定位面，加工精度平面度0.08，控制尺寸400.25,1900.5双轴卧式铣床面铣刀专用夹具专用量具10铣粗铣顶面，底面和右侧放水阀平面，以左侧一个凸台面和主轴承分开面作为定位基准，保证底面到主轴承分开面的距离为143.50.5mm，放水阀平面到主轴承孔的对称面的距离为108mm.主轴龙门铣床面铣刀专用夹具专用量具15钻 在底面钻铰两个定位孔，以缸套孔和左侧凸台面作为定位基准，钻孔深度为27mm，直径25.8mm，铰孔深度为22mm，直径26mm。钻铰定位孔机床钻铰复合刀具20铣 精铣底面，以顶面和一缸套孔作定位基准，加工完后底面和顶面间距离为保证底面平面度0.1。单轴龙门铣床面铣刀25铣粗精铣前后断面，以底面和底面上两定位孔作定位基准，加工前后端面距离为8500.25mm，前后端面要保证平行度0.2鼓行铣床面铣刀30铣粗精铣固定水泵法兰和发动机进水法兰，以底面和底面上两定位孔作基准鼓行铣床面铣刀工序号工序名称工序内容设备刀具夹具量具工时35镗粗镗五个半圆主轴承孔，三个凸轮轴承孔，以底面和底面上两定位孔作定位基准，三凸轮孔尺寸分别为，三轴镗床镗刀40镗粗镗四个刚套孔，以底面及底面上两定位孔作基准保证孔径四轴立式镗床镗刀45铣铣燃油精滤器安装面和两个水管平面，以顶面和刚套孔作定位基准，精滤器平面与主轴承孔对称面距离为1411mm，平面度0.08，长162mm，高114mm，及10055两处。卧式镗床面铣刀50铣铣主轴承孔的分开面，铣第一轴承凸起部分，以顶面和底面两定位孔作基准面，主轴承分开面离顶面距离，分开面宽度。特种镗床特种铣刀55铣铣主轴承孔端面和轴瓦固定槽，以底面和其上两定位孔作定位基准，主轴承座端面离后面的距离分别为1340.35mm，2040.35mm，2590.35mm,3140.35mm,4480.35mm，5090.35mm,6310.35mm,6860.35mm。特种镗床特种铣刀60拉拉主轴承座的分开面，以底面和基准面两定位孔作定位基准，分开面离底面距离1480.08mm宽度mm。卧式拉床拉刀工序号工序名称工序内容设备刀具夹具量具工时65铣 精铣顶面和左侧面两长方块，以底面和两定位孔作定位基准，顶面和顶面间距离mm，两长方块长165mm，高40mm，保证尺寸双轴龙门铣床面铣刀70钻在顶面钻孔和倒角，以底面和其上两定位孔作定位基准，钻4-8油孔，21-14.1mm螺纹底孔立式组合钻床复合刀具75钻在前后端面钻孔，及在顶面上钻剩余的孔和倒角。两面组合钻床复合刀具80攻丝在顶面攻21-16mm螺纹孔，孔深25mm以底面和其上两定位孔作定位基准。专用顶面攻丝机床M16丝锥85攻丝在前后端面攻螺纹孔以底面和其上两定位孔作在基准，前面攻5-M10深22,13-M12深22,后面攻10-M14深24, 2-M18深14专用攻丝机床M12M10M14M18丝锥90钻钻润滑主油道孔，以底面和其上两定位孔作定位基准，竖直方向油孔直径14mm，水平方向钻18.4mm孔，控制尺寸453.0三面钻床麻花钻工序号工序名称工序内容设备刀具夹具量具工时95钻 在顶面和右侧面上钻孔，右侧面水管平面钻4-8.4mm孔，深20mm，精滤器上钻4-10.3mm孔，深29mm，顶面钻5-18mm通孔，4-8通孔，22mm，20mm，24mm通孔，5-10mm通孔。两面组合钻床麻花钻100钻在底面和左侧面上钻孔以底面和两定位孔作定位基准，底面上钻4-8.4mm通孔，2-8.4深30,18-8.4深26, 16深90,3-24深26，左侧面上钻2-10.3深27mm20.3深34,4-6.6深33mm。两面组合钻床麻花钻105钻钻10个润滑支油道孔，以顶面和两定位孔为定位基准，钻第一轴承座油孔11.3mm，第二、三、五轴承座油孔11.3深140mm,第四轴承座油孔11.3mm及15.6mm。组合钻床麻花床110钻 钻10个固定主轴端盖的螺栓孔，以顶面和两定位孔作定位基准，钻10-24.3mm孔立式组合钻床麻花钻115钻 钻一个15.5mm油孔，并在左侧面钻油标尺孔，以顶面和两定位孔作定位基准，油标尺孔径23.8mm通孔立式组合钻床麻花钻工序号工序名称工序内容设备刀具夹具量具工时120攻丝 在第一主轴上钻斜油孔，以底面和第三、四主轴座端面作定位基准，油孔直径11.3mm，与主轴承座对称面成30角。单轴机械头麻花钻125攻丝 攻固定主轴承座的十个螺栓孔，以顶面和两个定位孔作定位基准，钻10-M27孔深3841mm。三面组合攻螺绞机M27丝锥130攻丝攻一个油标尺孔，以顶面和两个定位孔作定位基准，油标尺孔M27mm，与主轴承座对称面成26角专用攻螺绞机M27丝锥135攻丝在底面和左右侧面上攻螺纹，以顶面和两定位孔作定位基准，顶面攻4-M10-2通孔，2-M10-2深21,21-M10-2深18.右侧面攻4-M10-2深12mm，4-M12-2深20mm，左侧面攻2-M12-2深19，M22-2深22,2-M12-2深18,4-M8-2深17，4-M10-2深16,4-M10-2深17mm。三面组合攻螺绞机M10M12M8丝锥140钻钻8个挺杆导管孔，以顶面和两定位