鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 0 油機氣缸體三面粗鏜組合機床總體及夾具設(shè)計 摘 要： 柴油機氣缸體是大批量生產(chǎn)的零件。為了提高生產(chǎn)效率，滿足被加工零件的精度要求，本課題設(shè)計了一臺用于 油機氣缸體三面粗鏜孔的組合機床。本文介紹了該組合機床總體設(shè)計和夾具設(shè)計的思路，全文共分兩個部分。首先是總體設(shè)計，采用單工位三面粗鏜孔組合機床，考慮的因素有刀具、切削用量、切削力、切削扭矩及切削功率等，通過計算選擇主軸直徑、外伸尺寸、接桿型號、滑臺、動力箱等通用部件，再確定動力部件的工作循環(huán)及工作行程，完成機床總體設(shè)計。其次是夾具設(shè)計， 通過對被加工零件的全面分析，采用三面定位和固定鏜模板可換導套導向；夾緊裝置采用液壓夾緊機構(gòu)，直接夾緊與工件上；夾具體為框架式結(jié)構(gòu)，有良好的剛性，使夾具能長期保持可靠的精度和穩(wěn)定性。該組合機床不僅能保證加工精度，還能提高加工效率。整個機床布局合理，夾緊可靠，精度較高，使用操作方便，提高了工作效率，達到了設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞： 氣缸體；組合機床；粗鏜；夾具 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 of of in of is In to of is a is to of of of of is as so as so by of to be of of of is it on to of is of is is is 城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 2 目 錄 1前言 1 2 組合機床總體設(shè)計 3 合機床 工藝 方案 的制定 3 準面 的分析 3 3 定機床完成工藝時的一些限制 3 合機床配置型式的選擇 3 3 擇機床配置型式和結(jié)構(gòu)方案的一些問題 3 4 削用量 4 算切削力、切削扭矩及切削功率 6 10 三圖一卡 10 10 工示意圖 11 系圖 13 16 3 夾具設(shè)計 18 18 18 18 19 19 位方案的論證 19 20 22 22 22 24 缸的選擇 25 26 4結(jié)論 27 參考文獻 28 致謝 29 附錄 30 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 1 前言 組合機床是根據(jù)加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。組合機床主要用 于平面加工和孔加工。平面加工包括銑平面、車端面、刮平面；孔加工包括鉆、擴、鉸、鏜孔以及倒角、切槽、攻螺紋等。組合機床最適宜于加工各種大中型箱體類零件，如氣缸體、氣缸蓋、變速箱體等零件。目前，組合機床在汽車、拖拉機、儀器儀表、軍工及縫紉機、柴油機、紡織、航空等部門，應用越來越普遍。組合機床主要適用于棱體類零件和雜體的孔面加工，生產(chǎn)效率高，研制周期短，便于設(shè)計、制造和使用維修，配置靈活，且自動化程度高，勞動強度低。在將來，組合機床將向五個方面發(fā)展：高速化、高精度化、復合化、 高科技含量化以及環(huán)?；Ｍ瑫r，在自動化 方面，將會進一步提高 1 。 組合機床的設(shè)計，目前基本上有兩種情況：其一，是根據(jù)具體加工對象的具體情況進行專門設(shè)計，這是當前最普遍的做法。其二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結(jié)自己生產(chǎn)和使用組合機床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設(shè)計成通用部件，而且一些行業(yè)在完成一定工藝范圍內(nèi)組合機床是極其相似的，有可能設(shè)計為通用機床，這種機床稱為“專能組合機床” 2 。這種組合機床就不需要每 次按具體加工對象進行專門設(shè)計和生產(chǎn)，而是可以設(shè)計成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工的零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效率設(shè)備。 在組合機床設(shè)計過程中，為了降低組合機床的制造成本，應盡可能地使用通用件和標準件。目前，我國設(shè)計制造的組合機床，其通用部件和標準件約占部件總數(shù)的 70 80%，其它 20 30%是專用零部件 1 ?？紤]到近年來，各種通用件和標準件都出臺了新的標準及標注方法，為了方便以后組合機床的維修，整個組合機床的通用件和 標準件配置，都采用了新標準。 本畢業(yè)設(shè)計課題是 油機氣缸體三面鉆鏜孔組合機床的設(shè)計，來源于江動集團江淮動力股份有限公司。本組合機床有四人完成，本人將進行總體及夾具設(shè)計。組合機床的設(shè)計過程包括前期調(diào)研，總體設(shè)計，技術(shù)設(shè)計和工作設(shè)計?？傮w設(shè)計，包括工藝分析、定位基準的選擇、滑臺型式的選擇、通過選擇切削用量選擇刀具；還需編制“三圖一卡”，即加工工序圖，加工示意圖，機床聯(lián)系尺寸圖，生產(chǎn)率計算卡。技術(shù)設(shè)計就是根據(jù)總體設(shè)計已經(jīng)確定的“三圖一卡”，設(shè)計主軸箱等專用部件正式總圖；工作設(shè)計即繪制各個專用部件的施工 圖樣，編制各零部件明細表 1 。 夾具設(shè)計是組合機床設(shè)計中的一個重要組成部分，是按照某一道工序的加工要求，把一些事先制造好的標準件和部件進行組裝而成的夾具，夾具通常由使用單位根據(jù)要求自行設(shè)計和制造，適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中。其設(shè)計過程主要包括：對機床總體設(shè)計方案的論證、定位夾緊方案的論證、定位誤差分析、夾緊力的計算、夾緊缸的選用。本組合機床夾具屬于專用夾具，其定位裝置、夾鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 4 緊裝置、夾具體、導向裝置和其它一些元件，均為自行設(shè)計、加工。在設(shè)計中，盡量考慮使用 標準件和通用件，來縮短設(shè)計周期，減少機床后續(xù)改造的零件報廢率，提高經(jīng)濟效益。 通過設(shè)計，本組合機床能滿足加工需求，保證加工精度，機床運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整。各動力部分采用了電器控制，使用操作方便。提高了工作效率，預計能達到設(shè)計要求。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 2組合機床總體設(shè)計 2 1 組合機床工藝方案的制定 藝基面的分析 選擇工藝基面和夾壓部位是制定工藝方案的極其重要的問題 。 工藝基面選擇的正確，將能實現(xiàn)最大限度的工序集中， 從而減少機床臺數(shù)，也是保證加工精度的重要條件。 工工藝的分析 分析被加工零件的工藝，亦是制定工藝方案的極其重要的問題，我們要認真的分析被加工零件加工工藝的需要和組合機床完成工藝的可能，正確的確定組合機床的加工方案。 定機床完成工藝時的一些限制 a. 孔間中心距的限制 在確定組合機床完成工藝時，要考慮可同時加工的最小孔中心距。由于主軸箱的主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)備導向的需要，所以近距離孔能否在同一多軸箱上同一工位加工受其限制。 b. 工件結(jié)構(gòu)工藝性不好的限制 有些工件結(jié)構(gòu)工藝性不好，如箱體 多層壁上的同軸線的孔徑中間大兩頭小時，則進刀困難。當孔徑大于 50，可采用讓刀的辦法。多層壁同軸孔，為便于布置中間導向裝置，孔中心離箱體側(cè)壁間距離也應夠。 2 2 組合機床配置型式的選擇 2 2 1 組合機床的配置型式 組合機床有大型和小型兩種，大、小型組合機床雖有其共性，但又都有其特殊性。無論是適用范圍，配置型式，通用部件和驅(qū)動方式都各有特點。 a工位組合機床 單工位組合機床通常是用于加工一個或兩個工件，特別適合用于大中型箱體的加工。根據(jù)配置動力部件的數(shù)量，這類機床可以從單面或同時從幾個方面對工 件進行加工 3 。 b工序組合機床 很多組合機床是按工件能夠變位來配置的，工件的變位有手動和機動的方式。這類機床工序集中程度高，如回轉(zhuǎn)多工位機床的輔助時間和機動時間相重合，生產(chǎn)效率高，適用于大批量生產(chǎn)、需要多部位加工的中小零件。 2 2 2 選擇機床配置型式和結(jié)構(gòu)方案的一些問題： A. 被加工零件的特點對配置型式和結(jié)構(gòu)方案的影響 a加工精度要求的影響； 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 6 b機床生產(chǎn)率的影響； c被加工零件的大小、形狀、加工部位特點的影響。 B. 機床配置型式和結(jié)構(gòu)方 案應注意的其它問題 a 適當提高工序集中程度 在確定機床的配置型式和結(jié)構(gòu)方案時，要合理 解決工序集中的問題。在一個動力頭上安裝多軸，同時加工多孔來集中工序，是組合機床最基本的方法，在一臺機床上主軸數(shù)量有達 150 根左右的。但是，也不應當無限制的增加主軸數(shù)量，要考慮到動力頭及主軸箱的性能和尺寸，并保證調(diào)整和更換刀具的方便性。 b 注意排除切削和操作使用的方便性 在多工位機床上應特別注意前一道工序遺留在孔中的切屑對后一道工序的影響。在選擇多面機床時，應慎重考慮操作的方便性，要合適的確定裝料高度，對于加工一 般箱體件帶固定式夾具的機床，一般采取 850 毫米，對于較小的工件可稍高一些。 c夾具形式對機床方案的影響 選擇機床配置型式時要考慮夾具結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)可能性和工作的可靠性。在決定加工一個工件的成套機床或流水線上個機床的型式時，還應當注意，使機床與夾具的形式盡量一致，尤其是粗精加工機床。這樣不僅有利于保證加工精度，而且便于設(shè)計、制造和維修，也提高了機床之間的通用化程度 4 。 定切削用量及選擇刀具 擇切削用量 16個被加工孔中，由于既有鉆孔加 工又有鏜孔加工，所以選擇切削用量時應綜合考慮，鉆孔切削用量從文獻 5的 130頁 表 6孔切削用量從文獻 5的 130頁表 6于鉆孔的切削用量與鉆孔深度有關(guān)，隨孔深的增加而逐漸遞減，其遞減值按文獻 5的 131 頁表 6孔時，降低進給量的目的是為了減小軸向切削力，以避免鉆頭折斷，降低切削速度主要是為了提高刀具壽命。 A對右側(cè)面上 5個孔的切削用量的選擇：保證進給速度相等 ： 孔 . 由 d 22度大于 190擇 v=10f r,又 d=定 v=f=r,則由文獻 5的 43頁知 d 1000（ 2 得： n=1000 154r/： 孔 由 d 22度大于 190擇 v=10f r,又 d=定 v=f=r,則由 d 1000買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 得： n=1000 230r/、 2： 于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵， v=35f考慮到刀具壽命以及進給速度的一致性，取 v=35m/f=r，則 d 1000=1000 35/ ： 于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵， v=35f考慮到刀具壽命以及進給速度的一致性，取 v=40m/f=r，則 d 1000=1000 40/225r/ B對左側(cè)面上 4個孔的切削用量的選擇：由 于分兩次進給，要同時考慮進給速度和轉(zhuǎn)速，兩次進給轉(zhuǎn)速要相同，同次進給保證進給速度相同 ： 于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵， v=35f考慮到刀具壽命 ,加工余量應取小一點，故加工 第一次進給主要加工 定 v=50m/r,則 d 1000=1000 50/82r/ 第二次進給要 同時鏜 慮到軸向切削力，進給量應選小一點 ,取定 v=r，則 d 1000=1000 95r/ 、 2： 2 于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵， v=35f考慮到刀具壽命以及進給速度的一致性，取定 5m/r，則 d 1000=1000 35/ 同軸轉(zhuǎn)速相同，進給速度一致，取定 5m/r 孔 由 d 22度大于 190擇 v=10f r,又 d=定第一次進給 r,則 d 1000=1000 157r/ 同軸轉(zhuǎn)速相同，進 給速度一致，取定 r C對后面上 1個孔的切削用量的選擇 鏜孔： 115/ 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 8 由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，在 v=35f慮轉(zhuǎn)速和進給速度的一直性，取定 v=36/40/45m/ 第一次進給，取定 r；第二次進給 ,取定 r，則d 1000=1000 155r/ （孔的編號見被加工零件工序圖） 算切削力、切削扭矩及切削功率 根據(jù)文獻 5的 134頁表 6 （ 2 9740（ 2 根據(jù)文獻 5的 134頁表 6 （ 2 （ 2 p （ 2 61200（ 2 式中， F、 N）； N）； m/ mm/r）； 鉆頭）直徑（ 得 23。 由以上公式可得： 右面 1、 2軸 p 63149 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 61200 4軸 90128 9740 1 28 5軸 9740 2 3 35 6 軸 p 61200鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 10 左面 1、 2軸 2 22 2 p 61200 3軸 孔徑 p 7 3 2 0 0 66 1 2 0 033 孔徑 p 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 3 6軸 0 . 7 5 0 . 5 55 1 . 43 3 0 9 . 6a f H 1 . 2 0 . 6 5 1 . 10 . 5 13 3 3 . 7a f H 3 3 0 9 . 6 1 7 . 9 0 . 9 6 86 1 2 0 0 6 1 2 0 0 W 后面 孔徑為 p 2 0 0 3 46 1 2 0 0 孔徑為 115p 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 12 0193661200 孔徑為 5 9 2 0 0 3 66 1 2 0 0 (軸編號與孔編號相對應 ) 擇刀具結(jié)構(gòu) 根據(jù)加工精度、工件材料、工件條件、技術(shù)要求等進行分析，按照經(jīng)濟地滿足加工要求的原則，合理地選擇刀具。只要所選工藝方案可以采用剛性較好的鏜桿，還是采用鏜削方法，這是因為鏜刀制造簡單，刃磨方便。 當被加 工孔直徑在 40上時，組合機床上多采用鏜削加工，其加工精度可高達 1。 直徑小于 40，選用鉆削方法，鉆頭選用高速鋼修磨棱帶及橫刃鉆頭。鏜孔選用合金鏜刀頭。 直徑大于 40，選用鏜削方法，刀具材料為硬質(zhì)合金。當加工階梯孔時，選用階梯桿，由于多刀加工，扭矩較大，所以要選用強度較好的刀桿材料：40 合機床總體設(shè)計 三圖一卡 加工零件工序圖 A被加工零件工序圖的作用和內(nèi)容 被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示所設(shè)計的組合機床上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、 精度、表面粗糙度及技術(shù)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(shè)計研制合同外，它是組合機床設(shè)計的重要依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被加工零件的基礎(chǔ)上，突出本機床或自動線的加工內(nèi)容，并作必要的說明而繪制的。其主要內(nèi)容包括： 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 形狀和尺寸。 壓部位及夾緊方向。 度、表面粗糙度、形 位公差等技術(shù)要求以及對上道工序的技術(shù)要求。 號、材料、硬度以及加工部位的余量。 B. 繪制被加工零件工序圖的規(guī)定及注意事項 應按一定的比例，繪制足夠的視圖以及剖面；本工序加工部位用粗實線表示；定位用定位基準符號表示，并用下標數(shù)表明消除自由度符號；夾緊用夾緊符號表示，輔助支承用支承符號表示。 a) 本工序加工部位的位置尺寸應與定位基準直接發(fā)生關(guān)系。 b) 對工件毛坯應有要求，對孔的加工余量要認真分析。 c) 當本工序有特殊要求 時必須注明。 圖 2 圖 2 被加工零件工序圖 工示意圖 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(guān)系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。 A. 導向結(jié)構(gòu)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。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 14 本課題中鏜孔采用旋轉(zhuǎn)套導向，鉆孔采用固定套導向。 B. 確定主軸、尺寸、外伸尺寸 在該課題中，主軸既有用于鏜孔又有用于鉆孔，鏜孔選用滾錐軸承主軸，鉆孔選用滾珠軸承主軸。鏜孔時主軸與刀具采用浮動卡頭連接，主軸屬于短主軸；鉆孔時主軸與刀具采用接桿連接，主軸屬于長主軸。 根據(jù)由選定的切削用量計算得到的切削轉(zhuǎn)矩 T，由文獻 5的 43頁公式 4 10 式中， d 軸的直徑（）； T 軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（ N m）； B 系數(shù)，本課題中鏜孔主軸為剛性主軸，取 B=孔主軸為非剛性主軸，取 B= 由公式可得： 左面 軸 1 d=30 取定 d=40 軸 2 d=30 取定 d=40 軸 4 d= 取定 d=40 軸 6 d= 取定 d=40 右面 軸 1、 2 d=37 取定 d=40 軸 4 d=34 取定 d=35 軸 5 d=28 取定 d=30 軸 6 d=35 取定 d=45 后面 軸徑 d=55 軸徑實際設(shè)計時確定 根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，文獻 5的 44頁表 3錐主軸軸徑 d=40時，主軸外伸尺寸為：D/7/48,L=135。滾錐主軸軸徑 d=35時，主軸外伸尺寸為：D/0/36,L=115。滾珠主軸軸徑 d=30時，主軸外伸尺寸為：D/0/36,L=115；接桿莫氏圓錐號為 4。滾珠主軸軸徑 d=30時，主軸外伸尺寸為： D/0/36,L=115 ；接桿莫氏圓錐號為 3。 C. 選擇 接桿、浮動卡頭 在鉆孔時，通常都采用接桿（剛性接桿） ,各主軸的外伸長度和刀具均為定值，為保證主軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，須采用軸向可調(diào)整的接桿來協(xié)調(diào)各軸的軸向長度，以滿足同時加工完成孔的要求；鏜孔時，采用浮動連接。 D. 動力部件工作循環(huán)及行程的確定 工 的確定 工作進給長度 L 工 ，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 2之和。切入長度一般為 5根據(jù)工件端面的誤差情況確定；鏜孔時，切出長度一般為 5 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 當采用復合刀具時 ,應根據(jù)具體情況決 定。所以得出以下結(jié)果 : 左主軸箱：工進長度 :55主軸箱：工進長度 :95主軸箱：工進長度 :128mm 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分別為 215， 255和 125 。 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，三面快速退回長度分別為 270 ， 35053 2 930后主軸箱端面n=150r/8018212軸承 80 2 圈805 滾 動 軸 承 6 2 1 3 2768 195r/54r/30r/2r/57r/3 1 7 0 2 0 0 1 8 0 2 1 0 1 0 5 1 8 075 1 6 0?60?198156986?855022335?45?6520475 135?22?26?70706418251965 200?706?856?44110 245005?466?30225252426 26?1428 2622?706?856220 2051357510130 30630?2506?60615?20?15?20?30?706?6063734430滾動軸承圖 2 加工示意圖 床尺寸聯(lián)系總圖 A. 選擇動力部件 根據(jù)選定的切削用量計算得到的單根主軸的進給力，按文獻 5的 62 頁公式 多軸箱 計算。 式中， 各主軸所需的 向切削力，單位為 N。 則 右主軸箱： 2 3 3 6 5 5 8 1 . 1 3 7 5 7 . 4 3 3 6 1 0 3 4 6 . 5 多 主 軸 箱鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 16 左主軸箱： 2 3 3 6 1 4 6 5 2 2 . 5 2 3 3 3 . 7 1 6 7 4 . 2 2 多 主 軸 箱后主軸箱： 5 2 3 4 5 2 4 5 2 1 4 2 7 多 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 F。又考慮到所需的最小進給速度、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 5的 91頁表 5、右、后面分別選用機械滑臺 面寬 400面長 800臺及滑座總高為 320許最大進給力為 20000N；其相應的側(cè)底座型號分為 11 由切削用量計算得到的各主軸的切削功率的總和切削P，根據(jù)文獻 5的 47頁公式計算： 切削多軸箱 式中 , 切削P 消耗于各主軸的切削功率的總和（ ； 多軸箱的傳動效率 ,加工黑色金屬時取 工 軸數(shù)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(shù)量較多、傳動復雜，故取 5。 右主軸箱： 0 . 8 5 6