ZS175柴油機機體三面鉆削組合機床總體及夾具設計方案

ZS175柴油機機體三面鉆削組合機床總體及夾具設計摘要：柴油機機體是大批量生產的零件，為了提高加工精度和生產效率，需要設計一種組合機床來改善柴油機機體的加工情況。本課題設計了一臺用于ZS175柴油機機體三面鉆孔的組合機床。全文共有兩部分，組合機床的總體設計和夾具設計。首先是總體設計，采用單工位三面鉆孔組合機床，其中有加工對象工藝性的分析,機床總體布局的確定，定位基準的選擇，滑臺型式的選擇，切削用量和刀具的選擇，機床的總體設計。其次是夾具設計，通過對被加工零件的全面分析，在夾具設計過程中，采用后面、左面、下面三面定位，左面和后面用定位銷定位,下面用定位條定位.上面用液壓缸夾緊,右面用液壓缸輔助夾緊；夾具體為框架式結構，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，達到了設計要求。關鍵詞：組合機床；夾具；鉆削本設計來自:完美畢業(yè)設計網1-3"\h\z\u1前言 1HYPERLINK\l”_Toc232476283”2組合機床總體設計 3HYPERLINK\l”_Toc232476284"2.1總體方案論證 32。1。1工藝路線的確立 32。1.2機床配置型式的選擇 32。1.3定位基準的選擇 4HYPERLINK\l”_Toc232476288"2.1。4滑臺型式的選擇 4HYPERLINK\l”_Toc232476289”2.2切削用量的確定及刀具選擇 4HYPERLINK\l”_Toc232476290"2.2.1選擇切削用量 4HYPERLINK\l”_Toc232476291"2.2.2切削力、切削扭矩及切削功率的計算 6HYPERLINK\l”_Toc232476292”2。3組合機床總體設計-三圖一卡 82。3.3機床尺寸聯系總圖 12HYPERLINK\l”_Toc232476296"2。3.4機床生產率計算卡 143夾具設計 17HYPERLINK\l”_Toc232476298"3.1概述 17HYPERLINK\l”_Toc232476299”3。1.1零件的工藝性分析 17HYPERLINK\l”_Toc232476300"3。1。2夾具設計的基本要求 173.2定位方案的確定 183。3.1影響加工精度的因素 19HYPERLINK\l”_Toc232476307”3.3.2保證加工精度的條件 20HYPERLINK\l”_Toc232476308”3。4。1夾緊裝置的確定 21HYPERLINK\l”_Toc232476309"3.4.2夾緊力的確定 22HYPERLINK\l”_Toc232476310"3。4。3夾緊液壓缸的選擇 23HYPERLINK\l”_Toc232476311"3。5導向裝置的選擇 24HYPERLINK\l”_Toc232476312"3。5.1鉆套型式的選擇和設計 24HYPERLINK\l”_Toc232476313"3。5.2鉆模板的類型和設計 254結論 27HYPERLINK\l”_Toc232476316”參考文獻 28HYPERLINK\l”_Toc232476317"致謝 29HYPERLINK\l”_Toc232476318”附錄 301前言組合機床以其獨特的優(yōu)點在機械設計中占有重要的地位,是根據工件加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效的專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方法，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已標準化和系列化，可根據需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此,組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產中得到廣泛應用，并可用來組成自動生產線。組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備.它的特征是高效、高質、經濟實用,因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè).在當今的發(fā)展趨勢中，一臺組合機床如果不能完成全部的工藝過程，這時往往把幾臺機床布置流水線，大大縮短了加工時間。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制,它的加工對象主要是生產批量比較大的大中型箱體類和軸類零件(近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等.組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉臺式組合機床等;隨著技術的不斷進步,一種新型的組合機床——柔性組合機床越來越受到人們的青睞,它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器、數字控制等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅動系統(tǒng),并能靈活適應多品種加工的可調可變的組合機床.組合機床裝備的發(fā)展思路必須是以提高組合機床加工精度、組合機床柔性、組合機床工作可靠性和組合機床技術的成套性為主攻方向。一方面，加強數控技術的應用，提高組合機床產品數控化率;另一方面，進一步發(fā)展新型部件，尤其是多坐標部件,使其模塊化、柔性化，適應可調可變、多品種加工的市場需求。組合機床行業(yè)的產品技術現狀與激烈競爭的市場以及與用戶需求之間的差距是比較大的，在市場經濟的新形勢下,切實解決存在的薄弱環(huán)節(jié)，完善售后服務體系，以求得行業(yè)企業(yè)的大發(fā)展，前景是美的.目前，組合機床經常出現在工藝方案中[1]。國內組合機床近幾年取得了長足的進步，但是與發(fā)達國家相比，在產業(yè)結構、產品水平、開發(fā)能力、產業(yè)規(guī)模、制造技術水平、勞動生產率、國內外市場占有率等諸多方面尚存在不少差距.在組合機床方面，總體水平不高，國際競爭力不強，不能充分滿足國內建設需要，關鍵技術過分依賴國外，自主發(fā)展能力薄弱,高技能人才的比較優(yōu)勢有弱化的危險，產品質量不穩(wěn)定,用戶服務水平差距較大.目前，我國設計制造的組合機床，其通用部件和標準件約占部件總數的70～80％，其它20～30%是專用零部件?？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，我們整個組合機床設計中盡量采用新標準的通用件和標準件配置。本次設計組合機床的目的就是用來提高其生產效率和加工精度。本課題是ZS175柴油機機體三面鉆削組合機床設計,來源于江淮動力集團。本次設計分總體設計、夾具設計、左主軸箱設計、后主軸箱設計以及右主軸箱設計三部分。我主要負責夾具部分的設計，總體設計由我和另外三位同學共同完成。通過閱讀劉文劍[2］、楊黎明[3］以及許愛玲[4］有關夾具方面的材料，發(fā)現夾具設計是組合機床設計中的重要組成部分，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要求自行設計和制造，適用于產品固定且批量較大的生產中。其設計過程主要包括:對機床總體設計方案的論證、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、夾緊裝置、夾具體、導向裝置和其它一些元件，均為自行設計、加工。在設計中，盡量考慮使用標準件和通用件，來縮短設計周期，減少機床后續(xù)改造的零件報廢率，提高經濟效益。所以我在設計中參考了組合機床設計參考圖冊［5]以及趙志修［6]、徐錦康[7］、魯屏宇［8]等人的書籍。本說明書以設計臥式三面鉆削組合機床為主線,闡述了刀具的選擇和夾具設計的過程。在第2章中著重介紹了組合機床的總體設計。在總體設計中,首先是被加工零件的工藝分析，然后是總體方案的論證，在比較了許多方案之后，結合本道工序加工的特點最終選擇臥式的機床配置型式。再結合本道工序的特點選擇刀具。根據選擇的切削用量，計算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再確定刀具的大小和型式.在確定這些設計計算后，然后是繪制組合機床的“三圖一卡”—被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸圖和生產率計算卡。在第3章中，主要介紹了夾具的設計。夾具設計是組合機床設計中的一個重要的組成部分。夾具設計時,首先確定工件的定位方案，然后選擇夾緊方案，估算夾緊力大小，選擇夾緊液壓缸的型號，最終完成夾具的零部件設計。最后根據計算結果繪制夾具裝配圖和主要的零件圖。2組合機床總體設計2.1總體方案論證2.1.1工藝路線的確立A.本機床被加工零件特點該加工零件為柴油機機體。材料HT250，其硬度為HB190-240，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完畢。B.本機床被加工零件的加工工序及加工精度本道工序：鉆左面、右、后三面的孔，由本設備“氣缸體三面鉆削組合機床”完成，因此，本設備的主要功能是完成柴油機機體左、右、后三個面上15個孔的加工。具體加工內容及加工精度是：a)左面5個孔：鉆削3×φ6、φ8、φ4的孔,表面粗糙度12。5，各孔位置度公差為φ0。02mm。b)右面5個孔：鉆削4×φ4、φ3的孔，表面粗糙度12.5，各孔位置度公差為φ0。02mm。c）后面5個孔：鉆削3×φ4、2×φ10孔，表面粗糙度12。5,各孔位置度公差為φ0。02mm。2。1.2機床配置型式的選擇根據選定的工藝方案確定機床的配置型式,并定出影響機床總體布局和技術性能的主要部件的結構方案。既要考慮能實現工藝方案,以確保零件的精度、技術要求及生產率，又要考慮機床操作方便可靠,易于維修，且潤滑、冷卻、排屑情況良好。對同一個零件的加工，可能會有各種不同的工藝方案和機床配置方案，在最后決定采取哪種方案時，絕不能草率,要全面地看問題，綜合分析各方面的情況，進行多種方案的對比，從中選擇最佳方案.各種形式的單工位組合機床,具有固定式夾具，通?？砂惭b一個工件，特別適用于大、中型箱體類零件的加工。根據配置動力部件的型式和數量，這種機床可分為單面、多面復合式。利用多軸箱同時從幾個方面對工件進行加工.但其機動時間不能與輔助時間重合，因而生產率比多工位機床低。組合機床有大型和小型兩種，大、小型組合機床，雖有共性，但又都有其特殊性.無論是適用范圍、配置型式，通用部件和驅動方式各有特點.大型組合機床的配置型式，主要有單工位組合機床和多工位組合機床兩大類.單工位組合機床通常是用于加工一個或兩個工件，特別適用于大中型箱體件的加工.據配置動力部件的數量，這類機床可以從單面或同時從幾個面對工件進行加工。畢業(yè)實習時，我看到的柴油機機體加工在臥式單面組合機床上進行,我任務中的被加工零件與其加工零件較相似，于是我認真分析了被加工零件的結構特點、加工要求、生產率和工藝過程方案等，又由組合機床的特點及適應性，確定設計的組合機床的配置型式為單工位臥式三面鉆組合機床。2。1。3定位基準的選擇箱體零件的定位方案一般有兩種,“一面兩銷”和“三平面”定位方法。A.“一面兩銷”的定位方法的特點是：a）可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。b)有同時加工零件五個表面的可能,既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。c）“一面兩銷”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準,使零件整個工藝過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉換帶來的累積誤差，有利于保證零件的加工精度.同時，使機床各個工序的許多部件實現通用化，有利于縮短設計、制造周期，降低成本.d)易于實現自動化定位、夾緊,并有利于防止切削落于定位基面上.B?！叭矫?定位方法的特點是：a）可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。b）有同時加工零件兩個表面的可能，能高度集中工序。在選擇定位基準時,應盡量選擇設計基準作為定位基準，即遵循基準統(tǒng)一原則。通過對零件的分析，最后選擇柴油機機體的底面作為定位的基準面，這樣就有利于保證了被加工孔相互間的位置精度。柴油機機體要很好的固定在機床上，就必須限制六個自由度，這樣才可以保持加工精度。根據切削力的方向和夾具夾緊力的方向，選擇柴油機機體的底面確立一個平面來限制3個自由度，側面定位限制2個自由度，端面定位限制1個自由度,這樣就更能保證工件的加工精度.在本次設計中我們采用的就是“三平面"定位。2。1。4滑臺型式的選擇本組合機床采用的是液壓滑臺。機械滑臺沒有液壓驅動的管路、泄露、噪聲和液壓占地的問題,但只能有級變速，變速比較麻煩,沒有可靠的過載保護。與機械滑臺相比較,液壓滑臺具有如下優(yōu)點：在相當大的范圍內進給量可以無級調速;可以獲得較大的進給力；由于液壓驅動，零件磨損小，使用壽命長；工藝上要求多次進給時，通過液壓換向閥，很容易實現；過載保護簡單可靠;由行程調速閥來控制滑臺的快進轉工進,轉換精度高,工作可靠。但采用液壓滑臺也有其弊端，如:進給量由于載荷的變化和溫度的影響而不夠穩(wěn)定;液壓系統(tǒng)漏油影響工作環(huán)境，浪費能源；調整維修比較麻煩。本課題的加工對象是ZS175柴油機機體左、右、后三個面上的15個孔，為了提高加工效率,故采用液壓滑臺.2。2切削用量的確定及刀具選擇2.2。1選擇切削用量對于15個被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從文獻[9]P.130表6-11中選取。由于鉆孔的切削用量還與鉆孔深度有關，隨孔深的增加而逐漸遞減,其遞減值按文獻［9］P.131表6-12選取.降低進給量的目的是為了減小軸向切削力,以避免鉆頭折段。鉆孔深度較大時，由于冷卻排屑條件都較差，是刀具壽命有所降低。降低切削速度主要是為了提高刀具壽命，并使加工較深孔時鉆頭的壽命與加工其他淺孔時鉆頭的壽命比較接近。切削用量選擇是否合理,對組合機床的加工精度、生產率、刀具耐用度、機床的布局形式及正常工作均有很大影響。組合機床多軸箱上所以的刀具共用一個進給系統(tǒng),通常為標準動力滑臺.查文獻［9]得硬度HB190-240時,高速鋼鉆頭的切削用量如表2-1：表2—1高速鋼鉆頭切削用量加工材料加工直徑（mm）切削速度(m/min）進給量(mm/r）鑄鐵200～241HBS1～610~180。05～0。1>6～12>0.1~0。18A。對左面5個孔的切削用量選擇：a）鉆孔1、2、3：Φ6孔，h=10mm查上表高速鉆頭切削用量得：由d=1—6,硬度大于200—241HBS，選擇v=10～18m/min，f＞0。05～0。1mm/r,取定v=10。48m/min，f=0。1mm/r,則由文獻［9]的公式，(2-1）得：n=1000×10。48/(6π)525r/minb)鉆孔4:Φ8孔，h=12mm由d＞6-12,硬度大于200—241HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0。1～0。18mm/r,取定v=13。188m/min，f=0.1mm/r,得：n=1000×13。188/(8π)525r/minc)鉆孔5：Φ4孔，h=8由d=1—6，硬度大于200—241HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.05～0。1mm/r,取定v=10.26m/min，f=0。058mm/r,得：n=1000×10。26/(4π)900r/minB.對右側面上5個孔的切削用量的選擇：a)鉆孔6、7、8、9：Φ4孔，h=8由d=1—6,硬度大于200—241HBS，選擇v=10~18m/min，f＞0.05～0.1mm/r,取定v=14.821m/min，f=0。得：n=1000×14.821/（4π）1180r/minb）鉆孔10：Φ3孔,h=8mm查上表高速鉆頭切削用量得：由d=1-6,硬度大于200-241HBS，選擇v=10～18m/min，f＞0。05～0。1mm/r，取定v=10.136m/min,f=0.08得：n=1000×10.136/(3π）1076r/minC.對后面上5個孔的切削用量的選擇a）鉆孔11、12：Φ4孔，h=8m由d=1-6,硬度大于200-241HBS，選擇v=10～18m/min，f＞0。05～0.1mm/r，取定v=11.304m/min,f=得：n=1000×11.304/（4π）900r/minb）鉆孔13、14、15：Φ10孔，h=12mm由d＞6—12,硬度大于200—241HBS，選擇v=10～18m/min，f＞0.1~0.18mm/r,取定v=16.956得:n=1000×16。956/(10π)540r/min2.2.2切削力、切削扭矩及切削功率的計算根據文獻［9]表6-20中公式計算鉆孔（2-2）（2-3）（2-4）式中,F-—切削力（N）;T-—切削轉矩(N·㎜）；P—-切削功率（Kw）；v--切削速度（m/min）；f—-進給量（mm/r）；—-切削深度（mm）;D-—加工(或鉆頭）直徑（mm)；HBS--布氏硬度，取HBS=225。由以上公式可得：A.左面a)鉆孔1、2、3：Φ6孔，h=10mm=634Nb）鉆孔4：Φ8孔，h=12mm==c）鉆孔5：Φ4孔，h=8mm==B。右面：a)鉆孔6，7，8,9:Φ4孔，h=8mmb）鉆孔10：Φ3孔，h=8mmC.后面：a)鉆孔11、12、13：Φ4孔,h=8mm b）鉆孔14、15：Φ10孔，h=12mm2。3組合機床總體設計-三圖一卡2。3。1被加工零件工序圖被加工零件工序圖是根據制定的工藝方案,表示所設計的組合機床上完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求，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。除了設計研制合同外，它是組合機床設計的重要依據，也是制造、使用、調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上，突出本機床或自動線的加工內容，并作必要的說明而繪制的。其主要內容包括：a）被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設計有關部位結構形狀和尺寸.當需要設置中間導向時，則應把設置中間導向臨近的工件內部肋、壁布置及有關結構形狀和尺寸表示清楚，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉。b）本工序所選用的定位基準、夾壓部位及夾緊方向。以便據此進行夾具的支承、定位、夾緊和導向等機構設計.c)本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術要求以及對上道