組合專機(jī)-ZH1105氣缸蓋三面鉆組合機(jī)床設(shè)計(jì)

組合專機(jī)-ZH1105氣缸蓋三面鉆組合機(jī)床設(shè)計(jì),組合,專機(jī),zh1105,缸蓋,三面鉆,機(jī)床,設(shè)計(jì) 生產(chǎn)率計(jì)算卡 被加工零件 圖號(hào) --- 毛坯種類 鑄件 名稱 柴油機(jī)氣缸蓋 毛坯重量 材料 HT250 硬度 190～240HBS 工序名稱 三面鉆孔 工序號(hào) 序號(hào) 工步 名稱 被加工零件數(shù)量 加工直徑(mm) 加工長(zhǎng)度 (mm) 工作行程 (mm) 切削速度 (m/?min) 每分鐘轉(zhuǎn)速 (r/ min) 進(jìn)給量 (mm/r) 進(jìn)給速度 (mm /min) 工時(shí)(min) 機(jī)加工 時(shí)間 輔助 時(shí)間 共計(jì) 1 裝卸工件 1 0.8 0.8 右滑臺(tái)快進(jìn)150 左滑臺(tái)快進(jìn)140 7500 0.02 0.02 左軸箱工進(jìn) (鉆孔15.2) 30 16 335 0.2 16.6 1.81 右多軸箱工進(jìn) 30 14 533 0.13 13.1 2.29 2.29 后多軸箱工進(jìn) 30 14.1 536 0.13 20 1.5 左右滑臺(tái)快 退180 7500 0.024 0.024 備注 裝卸工件時(shí)間取決于操作者熟練程度,本機(jī)床計(jì)算時(shí)取0.8min 總計(jì) 3.134min 單件工時(shí) 3.134min 機(jī)床生產(chǎn)率 19.14件/h 機(jī)床負(fù)荷率 83.5% 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2008 基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及夾具設(shè)計(jì) 摘要：本設(shè)計(jì)課題來(lái)源于鹽城市江淮動(dòng)力集團(tuán)。柴油機(jī)氣缸蓋是需要大量生產(chǎn)的零件，為了提高加工精度和生產(chǎn)效率，需要設(shè)計(jì)一種組合機(jī)床來(lái)改善柴油機(jī)氣缸蓋的加工情況。本組合機(jī)床是針對(duì)ZH1105柴油機(jī)氣缸蓋上面排氣道面上2×M10—7H螺紋底孔，井氣道上4×M10－7H螺紋底孔，G3/8"放置螺塞底孔同時(shí)加工的需要而設(shè)計(jì)的。該設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括總體設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)兩方面。在總體設(shè)計(jì)中分析了被加工零件的加工工藝性，選擇了加工的定位基準(zhǔn)及夾緊方案，合適的切削用量、刀具、及機(jī)床的配置型式，合適的結(jié)構(gòu)方案等，同時(shí)完成了“三圖一卡”的繪制。在夾具設(shè)計(jì)方面，采用了專用夾具，用符合六點(diǎn)定位原則的“一面兩孔”定位方案消除工件的六個(gè)自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位，并有同時(shí)加工零件兩個(gè)表面的可能，能高度集中工序。夾緊裝置則選用比較安全、可靠、方便的液壓夾緊裝置，使夾緊平穩(wěn)可靠。本組合機(jī)床效率高，成本低，加工精度高，操作使用方便，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，滿足了設(shè)計(jì)需要。 關(guān)鍵詞：組合機(jī)床；夾具；柴油機(jī)氣缸蓋 Based on the 3D engine cylinder head of the overall composition of drilling and fixture design Abstract: The design project is from Jiangdong Dynamic Group, Yancheng. Considering a large quantity of parts needed by diesels, a modular machine tool is designed to improve the accuracy and efficiency of diesel production. The combination of machine tools against ZH1105 diesel engine exhaust, cylinder head above surface 2 × M10-7H thread bottom outlet, gas wells over the 4 × M10-7H thread bottom outlet, G3 / 8 "at the same time placing Bottom. The design is mainly focused on both the overall design and jig design. The overall design makes detailed analysis of processing techonology, choice of the positioning datum of processing, grip program, proper cutting parameters, cutting tools, the configuration types of machine tools, the proper construction program and so on. Meanwhile the drawing of “Three Charts and One Card” (automatic drawing process chart, size relation chart, machining schematic diagram and production calculating card) ?are completed. As far as jigs are concered, a special fixture are employed with the aid of the three platforms positioning program according to the principle of six points positioning to eliminate the six degrees of freedom of workpiece for a stable and reliable positioning, and the synchronous processing of two surfaces of parts which can simplifying the process. The safer, more reliable and convient hydraulic grip devices are employed for a stable and reliable grip. The charateristics of effiecy, low cost, high processing accuracy, easy operation, the machine tool are obtained to relieve the labor internsity, improve efficiency which meets the requirements of the design. Key Words: Modular machine tool; Fixture; Diesel engine cylinder head 目 錄 1 前言 1 2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 3 2.1 總體方案論證 3 2.1.1 加工對(duì)象工藝性分析 3 2.1.2 機(jī)床配置型式的選擇 3 2.1.3 定位基準(zhǔn)的選擇 3 2.2 確定切削用量及選擇刀具 4 2.2.1 選擇切削用量 4 2.2.2 計(jì)算切削力、切削扭矩及切削功率 5 2.2.3 刀具耐用度的計(jì)算 7 2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 8 2.3 三圖一卡設(shè)計(jì) 8 2.3.1 被加工零件工序圖 8 2.3.2 加工示意圖 8 2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 10 2.3.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 12 3 組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 15 3.1.1 零件的工藝性分析 15 3.1.2 夾具設(shè)計(jì)的基本要求 15 3.1.3 夾具總體結(jié)構(gòu)構(gòu)思 16 3.2 定位方案的確定 16 3.2.1 定位方案的論證 16 3.2.2 定位基準(zhǔn)的選擇 16 3.2.3 定位的實(shí)現(xiàn)方法 16 3.3 誤差分析 18 3.3.1影響加工精度的因素 18 3.3.2保證加工精度的條件 18 3.4 夾緊方案確定 20 3.4.1 夾緊裝置的確定 20 3.4.2 夾緊力的確定 22 3.4.3 夾緊液壓缸的選擇 23 3.5 導(dǎo)向裝置的選擇 24 3.5.1 鉆模套型式的選擇和設(shè)計(jì) 24 3.5.2 鉆模板的類型和設(shè)計(jì) 25 3.6 夾具體確定 25 3.7 夾具體三維模型 26 4 結(jié)論 30 參考文獻(xiàn) 33 致 謝 34 附 錄 35 1 前言 組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要,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的專用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方法，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用來(lái)組成自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用,因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國(guó)傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制,它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)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(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額),完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺(tái),在孔內(nèi)鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。組合機(jī)床的分類繁多,有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床,有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式,還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)式組合機(jī)床等;隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來(lái)越受到人們的青睞,它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換,配以可編程序控制器(ＰＬＣ)、數(shù)字控制(ＮＣ)等,能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外,近年來(lái)組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)(清洗機(jī)、裝配機(jī)、綜合測(cè)量機(jī)、試驗(yàn)機(jī)、輸送線)等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來(lái)越大。二十世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng)檢測(cè)和刀具自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。組合機(jī)床未來(lái)的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。 國(guó)內(nèi)組合機(jī)床近幾年取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、開發(fā)能力、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、制造技術(shù)水平、勞動(dòng)生產(chǎn)率、國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)占有率等諸多方面尚存在不少差距。在組合機(jī)床方面，總體水平不高，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)，不能充分滿足國(guó)內(nèi)建設(shè)需要，關(guān)鍵技術(shù)過(guò)分依賴國(guó)外，自主發(fā)展能力薄弱，高技能人才的比較優(yōu)勢(shì)有弱化的危險(xiǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，用戶服務(wù)水平差距較大。 本次設(shè)計(jì)的課題是柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及夾具設(shè)計(jì)。該課題來(lái)源于江淮動(dòng)力集團(tuán)。該集團(tuán)生產(chǎn)的S195柴油機(jī)、ZH1105柴油機(jī)銷路十分走俏，市場(chǎng)需求量大，暢銷國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)?，F(xiàn)在該集團(tuán)迫切需要改善現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，進(jìn)行提高生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量方面的技術(shù)改造，使產(chǎn)品的合格率上升，增加產(chǎn)量，適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，提高經(jīng)濟(jì)效益。 本設(shè)計(jì)主要針對(duì)ZH1105氣缸蓋鉆排氣道面上2×M10—7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra6.3，各孔位置度公差為φ0.20mm；鉆井氣道上4×M10－7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra 6.3，各孔位置度公差為φ0.30mm；鉆G3/8"放置螺塞底孔至φ15.2mm通孔，以上倒角均C1，Ra 12.5。前面，后面，左面三個(gè)面上7個(gè)孔同時(shí)加工、生產(chǎn)率低、位置精度誤差大的問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，從而保證孔的位置精度、提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。由于柴油機(jī)機(jī)體需大批量生產(chǎn)，為了提高加工精度，降低成本，有必要設(shè)計(jì)一種組合機(jī)床來(lái)滿足柴油機(jī)機(jī)體前后左三面同時(shí)鉆孔的需要。本次設(shè)計(jì)分總體設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)、左軸箱設(shè)計(jì)、右軸箱設(shè)計(jì)及后主軸箱設(shè)計(jì)四部分。我主要負(fù)責(zé)夾具部分的設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)由我和另外三位同學(xué)共同完成。在設(shè)計(jì)組合機(jī)床過(guò)程中，組合機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)是整個(gè)組合機(jī)床設(shè)計(jì)工作的重要部分之一。雖然夾具零件的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，使設(shè)計(jì)工作量大為減少，設(shè)計(jì)周期大為縮短，但在夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中，在保證加工精度的前提下，如何綜合考慮生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)性和勞動(dòng)條件等因素，還有一定的難度。 設(shè)計(jì)該組合機(jī)床思路如下：仔細(xì)分析零件的特點(diǎn)，以確定零件合理可行的加工方法（包括安排工序及工藝流程，確定工序中的工步數(shù)，選擇加工的定位基準(zhǔn)及夾壓方案等），確定工序間加工余量，選擇合適的切削用量，確定組合機(jī)床的配制形式；根據(jù)被加工零件的工藝要求確定刀具，再由刀具直徑計(jì)算切削力，切削扭矩，切削功率，然后選擇各通用部件，最后按裝配關(guān)系組裝成組合機(jī)床。 本說(shuō)明書以設(shè)計(jì)臥式三面鉆螺紋底孔組合機(jī)床為主線，闡述了刀具的選擇和夾具設(shè)計(jì)的過(guò)程。在第2章中著重介紹了組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)。在總體設(shè)計(jì)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(jié)合本道工序加工的特點(diǎn)最終選擇臥式三面的機(jī)床配置型式。再結(jié)合本道工序的特點(diǎn)選擇刀具。根據(jù)選擇的切削用量，計(jì)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(shè)計(jì)計(jì)算后，然后是繪制組合機(jī)床的“三圖一卡”—被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計(jì)算卡。在第3章中，主要介紹了夾具的設(shè)計(jì)。夾具設(shè)計(jì)是組合機(jī)床設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的組成部分。夾具設(shè)計(jì)時(shí)，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(hào)，最終完成夾具的零部件設(shè)計(jì)。最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制夾具裝配圖和主要的零件圖。 2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 2.1 總體方案論證 2.1.1 加工對(duì)象工藝性的分析 A.本機(jī)床被加工零件特點(diǎn) 該加工零件為ZH1105柴油機(jī)氣缸蓋。材料HT250，其硬度為HB190—240，重量36.5Kg，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完畢。 B.本機(jī)床被加工零件的加工工序及加工精度 本道工序：鉆右面、左面、后面的孔，由本設(shè)備“ZH1105氣缸蓋三面鉆組合機(jī)床”完成，因此，本設(shè)備的主要功能是完成柴油機(jī)氣缸蓋右面、左面、后面三個(gè)面上7個(gè)孔的加工。具體加工內(nèi)容及加工精度是： a. 鉆后面上2個(gè)孔鉆：鉆2×M10—7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra6.3，各孔位置度公差為φ0.20mm。 b.鉆右面上4個(gè)孔：4×M10－7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra 6.3，各孔位置度公差為φ0.30mm。 c.鉆左面上1個(gè)孔： 鉆G3/8"放置螺塞底孔至φ15.2mm通孔，Ra 6.3。 以上倒角均C1，Ra 12.5。 2.1.2 機(jī)床配置型式的選擇 根據(jù)選定的工藝方案確定機(jī)床的配置型式，并定出影響機(jī)床總體布局和技術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。既要考慮能實(shí)現(xiàn)工藝方案，以確保零件的精度、技術(shù)要求及生產(chǎn)率，又要考慮機(jī)床操作方便可靠，易于維修，且潤(rùn)滑、冷卻、排屑情況良好。對(duì)同一個(gè)零件的加工，可能會(huì)有各種不同的工藝方案和機(jī)床配置方案，在最后決定采取哪種方案時(shí)，絕不能草率，要全面地看問(wèn)題，綜合分析各方面的情況，進(jìn)行多種方案的對(duì)比，從中選擇最佳方案。 各種形式的單工位組合機(jī)床，具有固定式夾具，通?？砂惭b一個(gè)工件，特別適用于大、中型箱體類零件的加工。根據(jù)配置動(dòng)力部件的型式和數(shù)量，這種機(jī)床可分為單面、多面復(fù)合式。利用多軸箱同時(shí)從幾個(gè)方面對(duì)工件進(jìn)行加工。但其機(jī)動(dòng)時(shí)間不能與輔助時(shí)間重合，因而生產(chǎn)率比多工位機(jī)床低。 機(jī)床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機(jī)床床身由滑座、側(cè)底座及中間底座組合而成。其優(yōu)點(diǎn)是加工和裝配工藝性好，無(wú)漏油現(xiàn)象；同時(shí)，安裝、調(diào)試與運(yùn)輸也都比較方便；而且，機(jī)床重心較低，有利于減小振動(dòng)。其缺點(diǎn)是削弱了床身的剛性，占地面積大。立式組合機(jī)床床身由滑座、立柱及立柱底座組成。其優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，自由度大，操作方便。其缺點(diǎn)是機(jī)床重心高，振動(dòng)大。 在認(rèn)真分析了被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所選擇的加工工藝方案，又由組合機(jī)床的特點(diǎn)及適應(yīng)性，確定設(shè)計(jì)的組合機(jī)床的配置型式為單工位臥式三面鉆組合機(jī)床。 2.1.3 定位基準(zhǔn)的選擇 被加工零件為ZH1105柴油機(jī)氣缸蓋屬箱體類零件，本工序加工為三面同時(shí)鉆螺紋底孔，加工工序集中、精度要求高。由于箱體零件的定位方案一般有兩種，“一面兩孔”和“三平面”定位方法。 A. “一面雙孔”的定位方法 它的特點(diǎn)是： a.可以簡(jiǎn)便地消除工件的六個(gè)自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 b.有同時(shí)加工零件五個(gè)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.“一面雙孔”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準(zhǔn)，使零件整個(gè)工藝過(guò)程基準(zhǔn)統(tǒng)一，從而減少由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來(lái)的累積誤差，有利于保證零件的加工精度。同時(shí)，使機(jī)床各個(gè)工序（工位）的許多部件實(shí)現(xiàn)通用化，有利于縮短設(shè)計(jì)、制造周期，降低成本。 d.易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化定位、夾緊，并有利于防止切削落于定位基面上。 B.“三平面”定位方法 它的特點(diǎn)是： a.可以簡(jiǎn)便地消除工件的六個(gè)自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 b.有同時(shí)加工零件兩個(gè)表面的可能，能高度集中工序。 一般情況下，“一面雙孔”是最常用的定位方案，即零件在機(jī)床上放置的底面及底面上的兩個(gè)孔作為定位基準(zhǔn)，通過(guò)一個(gè)平面和兩個(gè)定位銷限制其六個(gè)自由度。由于柴油機(jī)氣缸蓋底面有兩個(gè)孔，再通過(guò)底面這個(gè)平面就可限制氣缸蓋六個(gè)自由度。初步擬定“一面雙孔”定位方法。 2.2 確定切削用量及選擇刀具 2.2.1 選擇切削用量 對(duì)于7個(gè)被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從文獻(xiàn)[1]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(guān)，隨孔深的增加而逐漸遞減，其遞減值按文獻(xiàn)[1]P.131表6-12選取。降低進(jìn)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(shí)，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(shí)鉆頭的壽命與加工其他淺孔時(shí)鉆頭的壽命比較接近。 切削用量選擇是否合理，對(duì)組合機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具耐用度、機(jī)床的布局形式及正常工作均有很大影響。組合機(jī)床多軸箱上所以的刀具共用一個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力滑臺(tái)。查文獻(xiàn)[1]得硬度HB190-240時(shí)，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(jìn)給量(mm/r) 鑄鐵 190～240HBS 6～12 10～18 0.1～0.18 >12～22 >0.18～0.25 在選擇切削速度時(shí)，要求同一多軸箱上各刀具每分鐘進(jìn)給量必須相等并等于滑臺(tái)的工進(jìn)速度（單位為mm/min）,因此，一般先按各刀具選擇較合理的轉(zhuǎn)速(單位為r/min)和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（單位為mm/r），再根據(jù)其工作時(shí)間最長(zhǎng)、負(fù)荷最重、刃磨較困難的所謂“限制性刀具”來(lái)確定并調(diào)整每轉(zhuǎn)進(jìn)給量和轉(zhuǎn)速，通過(guò)“試湊法”來(lái)滿足每分鐘進(jìn)給量相同的要求，即 （2-1） 在選擇了轉(zhuǎn)速后就可以根據(jù)公式 （2-2） 選擇合理的切削速度。 A 右側(cè)面上4個(gè)孔的切削用量的選擇 4×M10鉆至4×Φ8.376，深19，l=19mm 由d＞6～12，硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min, f ＞0.1～0.18mm/r,又d=8.376mm,初選n=533r/min, f =0.13mm/r,則由（2-2） 得：v=π×8.376×533/1000=14m/min B.后側(cè)面上2個(gè)孔的切削用量的選擇 2×M10鉆至2×Φ8.376，深19，l=19mm 由d＞6～12，硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min, f ＞0.1～0.18mm/r, 又d=8.376mm, 初選n=536r/min, f =0.13mm/r,則由（2-2） 得：v=π×8.376×536/1000=14.1m/min C.左側(cè)面上一個(gè)孔的切削用量的選擇 鉆G3/8"放置螺塞底孔至φ15.2mm通孔 由d＞12～22，硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min, f ＞0.18～0.25mm/r, 又d=15.2mm, 初選n=335r/min, f =0.20mm/r,則由（2-2） 得：v=π×15.2×335/1000=16m/min 表2-2 加工各個(gè)孔的進(jìn)給量，工進(jìn)速度及切削速度 孔徑 切削用量 8.376 8.376 15.2 v (m/min) 14 14.1 16 f (mm/r) 0.13 0.13 0.20 n (r/min) 533 536 335 2.2.2 計(jì)算切削力、切削扭矩及切削功率 根據(jù)文獻(xiàn)[1]P.134表6-20中公式 (2-3) (2-4) (2-5) 式中， F ——切削力（N）； T ——切削轉(zhuǎn)矩（Nmm）； P ——切削功率（kW）； v ——切削速度（m/min）； f ——進(jìn)給量（mm/r）； D ——加工（或鉆頭）直徑（mm）； HB ——布氏硬度。，在本設(shè)計(jì)中，， ，得HB=223。 由以上公式可得： A 右側(cè)面上4個(gè)孔的切削用量的選擇 鉆4×M10鉆至4×Φ8.376，深19 由公式（2-3）得： =26×8.376×0.130.8×2230.6 = 1091.6 N 由公式（2-4）得： =10×8.3761.9×0.130.8×2230.6 = 2843.4 Nmm 由公式（2-5）得： = =0.156 kW B.后側(cè)面上2個(gè)孔的切削用量的選擇 鉆2×M10鉆至2×Φ8.376，深19 由公式（2-3）得： =26×8.376×0.130.8×2230.6 = 1091.6N 由公式（2-4）得： =10×8.3761.9×0.130.8×2230.6 =2843.4 Nmm 由公式（2-5）得： = =0.157 kW C. 左側(cè)面上一個(gè)孔的切削用量的選擇 鉆G3/8"放置螺塞底孔至φ15.2mm通孔 由公式（2-3）得： =26×15.2×0.200.8×2230.6 = 2796.1 N 由公式（2-4）得： =10×15.21.9×0.200.8×2230.6 =12452.2 Nmm 由公式（2-5）得： = =0.43 kW 表2-3加工各個(gè)孔的切削力、切削轉(zhuǎn)矩及切削功率 孔徑 F (N) M (Nmm) P (kW) 8.376 1091.6 2843.4 0.156 8.376 1096.6 2843.4 0.157 15.2 2796.1 12452.2 0.43 2.2.3刀具耐用度的計(jì)算 確定刀具耐用度，用以驗(yàn)證選用量或刀具是否合理，刀具的耐用度至少大于4個(gè)小時(shí)。查閱文獻(xiàn)[2]中公式： （2-6） 式中： —— 刀具耐用度，單位min； —— 鉆頭直徑，單位mm； —— 切削速度，單位m/min； —— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，單位mm/r； —— 布氏硬度。 選擇Φ8.376mm的鉆頭進(jìn)行計(jì)算： =14328min 根據(jù)計(jì)算，所得刀具耐用度滿足要求。 2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 根據(jù)工藝要求及加工精度的要求，加工7個(gè)孔的刀具均采用標(biāo)準(zhǔn)錐柄長(zhǎng)麻花鉆。 2.3三圖一卡設(shè)計(jì) 2.3.1 被加工零件工序圖 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(jì)的組合機(jī)床（或自動(dòng)線）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(zhǔn)、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計(jì)研制合同外，它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的具體依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗(yàn)機(jī)床精度的重要文件。 a.被加工零件 名稱及編號(hào)：氣缸蓋 ZH1105 材料及硬度：HT250 HB190—240 重量12Kg。 b.定位基準(zhǔn)及夾壓點(diǎn)的選擇 針對(duì)機(jī)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用“一面雙孔”定位基準(zhǔn)。 c.圖中符號(hào) ↓夾緊點(diǎn) 定位基面 2.3.2 加工示意圖 加工示意圖是在工藝方案和機(jī)床總體方案初步確定的基礎(chǔ)上繪制的。是表達(dá)工藝方案具體內(nèi)容的機(jī)床工藝方案圖。零件加工的工藝方案要通過(guò)加工示意圖反映出來(lái)。加工示意圖表示被加工零件在機(jī)床上的加工過(guò)程，刀具、輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機(jī)床各部件間的相對(duì)位置關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等。 A.刀具的選擇 在編制加工示意圖的過(guò)程中，首先是對(duì)刀具進(jìn)行選擇。一臺(tái)機(jī)床刀具的選擇是否合理，直接影響到機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)率和工作情況。因而正確選擇刀具是一個(gè)相當(dāng)重要的工作。刀具的選擇要考慮到工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生產(chǎn)率要求等因素。鉆孔刀具其直徑應(yīng)與加工終了時(shí)刀具螺紋螺旋槽后端和導(dǎo)向套外端有一定的距離。 刀具直徑的選擇應(yīng)與加工部位尺寸、精度相適應(yīng)?？爪?.376選擇刀具Φ8.376G7；孔Φ8.376選擇刀具Φ8.376G7；孔Φ15.2選擇刀具Φ15.2G7。 B.導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇 組合機(jī)床鉆孔時(shí)，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導(dǎo)向裝置來(lái)保證的。導(dǎo)向裝置的作用是：保證刀具相對(duì)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。 本課題中加工7個(gè)孔時(shí)，由于是大批大量生產(chǎn)，考慮到當(dāng)導(dǎo)套磨損時(shí)，便于更換，避免使整個(gè)鉆模板報(bào)廢，以節(jié)約成本，所以導(dǎo)向裝置選用可換導(dǎo)套。 對(duì)于加工Φ8.376孔，選擇的導(dǎo)套尺寸為：D=18 mm，D1=25 mm，D2=30 mm，L=25 mm， 對(duì)于加工Φ8.376孔，選擇的導(dǎo)套尺寸為：D=18mm，D1=25 mm，D2=30 mm，L=25 mm， 對(duì)于加工Φ15.2孔，選擇的導(dǎo)套尺寸為：D=30 mm，D1=40 mm，D2=50 mm，L=35 mm， C.確定主軸、尺寸、外伸尺寸 在該課題中，主軸用于鉆孔，選用滾珠軸承主軸。又因?yàn)楦?dòng)卡頭與刀具剛性連接，所以該主軸屬于長(zhǎng)主軸。故本課題中的主軸均為滾珠軸承長(zhǎng)主軸。 根據(jù)由選定的切削用量計(jì)算得到的切削轉(zhuǎn)矩T，由[1]P.43公式 (2-7) 式中，d—軸的直徑（㎜）； T—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（Nm）； B—系數(shù)，本課題中主軸為非剛性主軸，取B=6.2。 由公式可得： 軸1～4 d=30 mm 軸5～6 d=30 mm 軸7 d=38 mm 查[1]P.44表3-6可得到主軸外伸尺寸及接桿莫氏圓錐號(hào)。主軸軸徑d=30mm時(shí)，主軸外伸尺寸為：L=115mm；接桿莫氏圓錐號(hào)為１。主軸軸徑d=38mm時(shí)，主軸外伸尺寸為：L=115mm；接桿莫氏圓錐號(hào)為2。 D.動(dòng)力部件工作循環(huán)及行程的確定 a.工作進(jìn)給長(zhǎng)度的確定 工作進(jìn)給長(zhǎng)度，應(yīng)等于加工部位長(zhǎng)度L（多軸加工時(shí)按最長(zhǎng)孔計(jì)算）與刀具切入長(zhǎng)度和切出長(zhǎng)度之和。切入長(zhǎng)度一般為5～10mm，根據(jù)工件端面的誤差情況確定。由于加工的孔均為螺紋底孔，即盲孔，所以各個(gè)孔的切出長(zhǎng)度均為零。兩個(gè)面上鉆孔時(shí)的工作進(jìn)給長(zhǎng)度見(jiàn)下表： 表2-4 工作進(jìn)給長(zhǎng)度 L d 左主軸箱 22 8 15.2 右主軸箱 19 8 8.376 后主軸箱 19 8 8.376 b.進(jìn)給長(zhǎng)度的確定 快速進(jìn)給是指動(dòng)力部件把刀具送到工作進(jìn)給位置。初步選定三個(gè)主軸箱上刀具的快速進(jìn)給長(zhǎng)度都為140mm。 c.快速退回長(zhǎng)度的確定 快速退回長(zhǎng)度等于快速進(jìn)給和工作進(jìn)給長(zhǎng)度之和。由已確定的快速進(jìn)給和工作進(jìn)給長(zhǎng)度可知，三面快速退回長(zhǎng)度為170mm。 d.動(dòng)力部件總行程的確定 動(dòng)力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。三面的前備量取30mm，后備量取130mm，則總行程為330mm。 2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是用來(lái)表示機(jī)床的配置型式、主要構(gòu)成及各部件安裝位置、相互聯(lián)系、運(yùn)動(dòng)關(guān)系和操作方位的總體布局。用以檢驗(yàn)各部件相對(duì)位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為多軸箱、夾具等專用部件設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)；它可以看成是簡(jiǎn)化的機(jī)床總圖。 2.3.3 .1選擇動(dòng)力部件 A.動(dòng)力滑臺(tái)形式的選擇 本組合機(jī)床采用的是液壓滑臺(tái)。與機(jī)械滑臺(tái)相比較，液壓滑臺(tái)具有如下優(yōu)點(diǎn)：在相當(dāng)大的范圍內(nèi)進(jìn)給量可以無(wú)級(jí)調(diào)速；可以獲得較大的進(jìn)給力；由于液壓驅(qū)動(dòng)，零件磨損小，使用壽命長(zhǎng)；工藝上要求多次進(jìn)給時(shí)，通過(guò)液壓換向閥，很容易實(shí)現(xiàn)；過(guò)載保護(hù)簡(jiǎn)單可靠；由行程調(diào)速閥來(lái)控制滑臺(tái)的快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，轉(zhuǎn)換精度高，工作可靠。但采用液壓滑臺(tái)也有其弊端，如：進(jìn)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(fèi)能源；調(diào)整維修比較麻煩。本課題的加工對(duì)象是ZH1105柴油機(jī)氣缸蓋三個(gè)面上的7個(gè)孔，位置精度和尺寸精度要求較高，因此采用液壓滑臺(tái)。 由此，根據(jù)已定的工藝方案和機(jī)床配置形式并結(jié)合使用及修理等因素，確定機(jī)床為臥式雙面單工位液壓傳動(dòng)組合機(jī)床，液壓滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，選用配套的動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)主軸箱鉆孔主軸。 B.動(dòng)力滑臺(tái)型號(hào)的選擇 a.根據(jù)選定的切削用量計(jì)算得到的單根主軸的進(jìn)給力，按文獻(xiàn)[1] P.62式 （2-8） 式中，—各主軸所需的 向切削力，單位為N。則 左主軸箱 右主軸箱 后主軸箱 實(shí)際上,為克服滑臺(tái)移動(dòng)引起的摩擦阻力，動(dòng)力滑臺(tái)的進(jìn)給力應(yīng)大于。 b.進(jìn)給速度 V左= n1xf=335x0.20=67 V右= n2xf=533x0.13=69.3 V后= n3xf=536x0.13=70 c.最大行程 L=400mm d.動(dòng)力滑臺(tái)導(dǎo)軌型式 動(dòng)力滑臺(tái)導(dǎo)軌組合有“矩—矩”和“矩—心”兩種型式。前者一般多用于帶導(dǎo)向刀具進(jìn)行加工的機(jī)床及其他粗加工機(jī)床，后者主要用于不帶導(dǎo)向的剛性主軸加工及其它精加工機(jī)床。由此可知，本機(jī)床選用“矩—矩”式最合適。 考慮到所需的進(jìn)給力、最小進(jìn)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(xiàn)[1]P.91表5-1，左、右兩面的液壓滑臺(tái)均選用1HY40IA型。臺(tái)面寬500mm，臺(tái)面長(zhǎng)1000mm,行程長(zhǎng)400mm，滑臺(tái)及滑座總高320mm,滑座長(zhǎng)1240mm，允許最大進(jìn)給力32000N，快速行程速度6.3m/min，工進(jìn)速度10～350mm/min。 C.動(dòng)力箱型號(hào)的選擇 由切削用量計(jì)算得到的各主軸的切削功率的總和，根據(jù)[1]P.47頁(yè)公式 （2-9） 式中, —消耗于各主軸的切削功率的總和（kW）； —多軸箱的傳動(dòng)效率,加工黑色金屬時(shí)取0.8～0.9，加工有色金屬時(shí)取0.7～0.8；主軸數(shù)多、傳動(dòng)復(fù)雜時(shí)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(dòng)復(fù)雜，故取。 左主軸箱： P切削=0.43 則 P=0.43\0.8=054 右主軸箱： P切削=0.156*4=0.624 則 P多軸箱=0.624\0.8=0.78 根據(jù)液壓滑臺(tái)的配套要求，滑臺(tái)額定功率應(yīng)大于電機(jī)功率的原則，查[1] P.114～115表5-38得出動(dòng)力箱及電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 表2-5 動(dòng)力箱及電動(dòng)機(jī)的型號(hào)選擇 動(dòng)力箱型號(hào) 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 電動(dòng)機(jī)功率(kW) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min) 輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min) 左主軸箱 1TD25 Y132S-4 5.5 1440 720 右主軸箱 1TD25 Y132S-4 5.5 1440 720 后主軸箱 1TD25 Y132S-4 5.5 1440 720 D.配套通用部件的選擇 側(cè)底座1CC401，其高度H=560mm，寬度B=600mm，長(zhǎng)度L=1350mm。根據(jù)夾具體的尺寸，自行設(shè)計(jì)中間底座。 2.3.3 .2確定機(jī)床裝料高度H 裝料高度是指機(jī)床上工件的定位基準(zhǔn)面到地面的垂直距離。本課題中，工件最低孔位置，主軸箱最低主軸高度，所選滑臺(tái)與滑座總高，側(cè)底座高度，夾具底座高度，中間底座高度，綜合以上因素，該組合機(jī)床裝料高度取H=1000mm。 2.3.3 .3 確定主軸箱輪廓尺寸 主要需確定的尺寸是主軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度。主軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關(guān)，可按下式計(jì)算： （2-10） （2-11） 式中，b—工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（mm）； —最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（mm）； h—工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（mm）； —最低主軸高度（mm）。 其中，還與工件最低孔位置（）、機(jī)床裝料高度（H=1000mm）、滑臺(tái)滑座總高（）、側(cè)底座高度（）、滑座與側(cè)底座之間的調(diào)整墊高度（）等尺寸有關(guān)。對(duì)于臥式組合機(jī)床，要保證潤(rùn)滑油不致從主軸襯套處泄漏箱外，通常推薦，本組合機(jī)床按式 （2-12） 計(jì)算，得： 。 ,取，則求出主軸箱輪廓尺寸： B=398mm 根據(jù)上述計(jì)算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定主軸箱輪廓尺寸為B×H=400mm×400mm。 2.3.4機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 已知：工作行程為180mm 進(jìn)刀量為7500mm /min 機(jī)動(dòng)時(shí)間3.05min 裝卸工件時(shí)間0.8min 單件工時(shí)3.894min/件 a.理想生產(chǎn)率Q（件/h） 理想生產(chǎn)率是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)（包括備品及廢品率）所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。用《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》P.51公式 （2-13） 計(jì)算，式中， N—年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件），本課題中N=30000件； —全年工時(shí)總數(shù)，本課題以單班7小時(shí)計(jì)，則。 則 b.實(shí)際生產(chǎn)率Q1（件/h） 實(shí)際生產(chǎn)率是指所設(shè)計(jì)的機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即公式[1]P.51 （2-14） 式中，—生產(chǎn)一個(gè)零件所需時(shí)間（min）。 則 c.機(jī)床負(fù)荷率 機(jī)床負(fù)荷率為理性鄉(xiāng)生產(chǎn)率與實(shí)際生產(chǎn)率之比。即公式[1]P.52 （2-15） 則 生產(chǎn)率計(jì)算卡見(jiàn)表2-6。 表2-6 生產(chǎn)率計(jì)算卡 被加工零件 圖號(hào) --- 毛坯種類 鑄件 名稱 柴油機(jī)氣缸蓋 毛坯重量 材料 HT250 硬度 190～240HBS 工序名稱 三面鉆孔 工序號(hào) 序號(hào) 工步 名稱 被加工零件數(shù)量 加工直徑(mm) 加工長(zhǎng)度 (mm) 工作行程 (mm) 切削速度 (m/?min) 每分鐘轉(zhuǎn)速 (r/ min) 進(jìn)給量 (mm/r) 進(jìn)給速度 (mm /min) 工時(shí)(min) 機(jī)加工 時(shí)間 輔助 時(shí)間 共計(jì) 1 裝卸工件 1 0.8 0.8 右滑臺(tái)快進(jìn)150 左滑臺(tái)快進(jìn)140 7500 0.02 0.02 左軸箱工進(jìn) (鉆孔15.2) 30 16 335 0.2 16.6 1.81 右多軸箱工進(jìn) 30 14 533 0.13 13.1 2.29 2.29 后多軸箱工進(jìn) 30 14.1 536 0.13 20 1.5 左右滑臺(tái)快 退180 7500 0.024 0.024 備注 裝卸工件時(shí)間取決于操作者熟練程度,本機(jī)床計(jì)算時(shí)取0.8min 總計(jì) 3.134min 單件工時(shí) 3.134min 機(jī)床生產(chǎn)率 19.14件/h 機(jī)床負(fù)荷率 83.5% 3 組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 3.1 概述 3.1.1 零件的工藝性分析 夾具是組合機(jī)床的重要組成部分，是根據(jù)機(jī)床的工藝和結(jié)構(gòu)方案的具體要求而專門設(shè)計(jì)的。它是用于實(shí)現(xiàn)被加工零件的準(zhǔn)確定位、夾壓、刀具的導(dǎo)向以及裝卸工件時(shí)的限位等作用。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)在ZH1105氣缸蓋進(jìn)行鉆加工所用的夾具。ZH1105柴油機(jī)氣缸蓋材料為HT250，其硬度為HB190～240。本道工序鉆排氣道面上2×M10—7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra6.3，各孔位置度公差為φ0.20mm；鉆井氣道上4×M10－7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra 6.3，各孔位置度公差為φ0.30mm；鉆G3/8"放置螺塞底孔至φ15.2mm通孔，Ra 6.3，以上倒角均C1，Ra 12.5。 3.1.2 夾具設(shè)計(jì)的基本要求 a.保證工件的加工精度 保證工件的加工精度是夾具設(shè)計(jì)的最基本要求。其關(guān)鍵在于，正確地確定定位方案、夾緊方案和刀具導(dǎo)向方式，合理地設(shè)計(jì)夾具的尺寸、公差和技術(shù)要求，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行誤差的分析和計(jì)算。 b.提高生產(chǎn)效率、減低制造成本 夾具設(shè)計(jì)的總體方案應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。在大批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)盡量采用各種快速、高效的結(jié)構(gòu)、自動(dòng)裝置和先進(jìn)的控制方法，以縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)率；在中心批量生產(chǎn)中，則要求在滿足夾具功能的前提下，盡量使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，以降低夾具的制造成本。 c.操作方便、省力和安全 夾具的操作要盡量做到方便、省力，如有條件，盡可能采用氣動(dòng)、液壓及其他機(jī)械化夾緊裝置、以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。并可較好地控制夾緊力。夾具操作位置應(yīng)符合操作工人的習(xí)慣，必要時(shí)應(yīng)有安全保護(hù)裝置，以確保使用安全。 d.便于排屑 夾具的排屑是一個(gè)容易忽視的問(wèn)題，如果排屑功能不好，切屑積集在夾具中，會(huì)破壞工件正確的定位；切屑帶來(lái)的大量熱量會(huì)引起夾具和工件的熱變形，影響加工質(zhì)量；切屑的的清掃又會(huì)增加輔助時(shí)間，降低生產(chǎn)率。切屑積集嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)損傷刀具以致造成設(shè)備事故或工傷事故。因此，排屑問(wèn)題在夾具設(shè)計(jì)時(shí)必須給予充分的注意，在設(shè)計(jì)高效組合機(jī)床夾具時(shí)尤為重要。 e.有良好的結(jié)構(gòu)工藝性 夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單、合理，便于加工、裝配、檢驗(yàn)和維修，應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。 夾具設(shè)計(jì)是一種相互關(guān)聯(lián)的工作，通常是在參閱有關(guān)資料的情況下，按加工要求構(gòu)思出設(shè)計(jì)方案，繪制出圖樣，經(jīng)修改后確定夾具的結(jié)構(gòu)。 3.1.3 夾具總體結(jié)構(gòu)構(gòu)思 根據(jù)被加工零件特點(diǎn),初定夾具總體結(jié)構(gòu)如下: 頂端用一個(gè)氣缸上蓋固定一個(gè)夾緊液壓缸,夾緊液壓缸通過(guò)壓板夾緊工件,夾具體上左右各固定一個(gè)支架,支架上固定鉆模板,夾具體通過(guò)螺釘和定位銷與機(jī)床中間底座相連。 3.2 定位方案的確定 3.2.1 定位方案論證 箱體零件的定位方案一般有兩種，“一面兩孔”和“三平面”定位方法。 A.“一面雙孔”的定位方法 它的特點(diǎn)是： a.可以簡(jiǎn)便地消除工件的六個(gè)自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 b.有同時(shí)加工零件五個(gè)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.“一面雙孔”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準(zhǔn)，使零件整個(gè)工藝過(guò)程基準(zhǔn)統(tǒng)一，從而減少由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來(lái)的累積誤差，有利于保證零件的加工精度。同時(shí)，使機(jī)床各個(gè)工序（工位）的許多部件實(shí)現(xiàn)通用化，有利于縮短設(shè)計(jì)、制造周期，降低成本。 d.易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化定位、夾緊，并有利于防止切削落于定位基面上。 B.“三平面”定位方法 它的特點(diǎn)是： a.可以簡(jiǎn)便地消除工件的六個(gè)自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 b.有同時(shí)加工零件兩個(gè)表面的可能，能高度集中工序。 被加工零件為ZH1105柴油機(jī)氣缸蓋屬箱體類零件，本工序加工為三面同時(shí)鉆螺紋底孔，加工工序集中、精度要求高。一般情況下，“一面雙孔”是最常用的定位方案，即零件在機(jī)床上放置的底面及底面上的兩個(gè)孔作為定位基準(zhǔn)，通過(guò)一個(gè)平面和兩個(gè)定位銷限制其六個(gè)自由度。由于柴油機(jī)氣缸蓋底面有兩個(gè)孔，再通過(guò)底面這個(gè)平面就可限制氣缸蓋六個(gè)自由度。初步擬定“一面雙孔”定位方法。 3.2.2 定位基準(zhǔn)的選擇 定位基準(zhǔn)選擇的原則 a.盡可能選擇最大基面做主要的定位基準(zhǔn)面； b.盡可能與工序基準(zhǔn)重合； c.盡量選最長(zhǎng)表面做為限制自由度的定位基準(zhǔn)； d.盡量選精度較高的已加工表面為定位基準(zhǔn)； e.在同一工件各工序中盡量采用同一定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工。 綜上所述，故選定底面為定位基準(zhǔn)面， 3.2.3 定位的實(shí)現(xiàn)方法 根據(jù)被加工零件的結(jié)構(gòu)特征，選擇定位基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)六點(diǎn)定位原理，即選氣缸蓋底面作為定位基準(zhǔn)面，用兩個(gè)定位銷限制了三個(gè)自由度，側(cè)面用側(cè)定位塊限制了兩個(gè)自由度, 后面用一個(gè)后定位塊限制了剩下的一個(gè)自由度，這樣氣缸體的六個(gè)自由度全部消除，實(shí)現(xiàn)零件的定位，如圖所示： 圖3-1 零件定位示意圖 3.3 誤差分析 一批工件依次在夾具中進(jìn)行定位時(shí)，由于工序基準(zhǔn)的變動(dòng)對(duì)加工表面尺寸所造成的極限值之差稱為定位誤差。產(chǎn)生定位誤差的原因是工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不相重合或工序基準(zhǔn)自身在位置上發(fā)生偏移或位移所引起的。 3.3.1 影響加工精度的因素 用夾具裝夾工件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，其工藝系統(tǒng)中影響工件加工精度的因素很多，與夾具有關(guān)的因素有：定位誤差ΔP、對(duì)刀誤差ΔT、夾具在機(jī)床上的安裝誤差ΔA和夾具誤差ΔE，在機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中，影響加工精度的其它因素綜合稱為加工方法誤差ΔG。在夾緊方法中產(chǎn)生的誤差Δo。上述各項(xiàng)誤差均導(dǎo)致刀具相對(duì)工件的位置不精確而形成總的加工誤差。 3.3.1.1定位誤差 A.基準(zhǔn)不重合誤差 由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合而造成的定位誤差。根據(jù)文獻(xiàn)[4]查得基準(zhǔn)不重合誤差的計(jì)算公式如下： （3-1） 式中 —定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)間的尺寸鏈組成環(huán)的公差； —的方向與加工尺寸方向的夾角。 B.基準(zhǔn)位移誤差 由于定位基準(zhǔn)的誤差或定位支撐點(diǎn)的誤差而造成的定位基準(zhǔn)位移，即工件實(shí)際位置對(duì)確定位置的理想要素的誤差，這種誤差稱為基準(zhǔn)位移誤差，以表示。不同的定位方式，其基準(zhǔn)位移誤差的計(jì)算方式也不同，此夾具定位是采用的“一面兩空”定位的方法，所以要計(jì)算的是平面支撐定位的位移誤差。 工件為平面定位時(shí)，基準(zhǔn)不重合誤差：； 基準(zhǔn)位移誤差：，； 故 。 a.計(jì)算氣缸體右端面加工尺寸的定位誤差 加工尺寸4×M10-7H深19 （底面與支撐面接觸較好） b.計(jì)算氣缸蓋后端面加工尺寸的定位誤差 加工尺寸2×M10-7H深19 （底面與支撐面接觸較好） c.計(jì)算氣缸體右端面加工尺寸的定位誤差 （底面與支撐面接觸較好） （定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合） 3.3.1.2 對(duì)刀誤差 因刀具相對(duì)于對(duì)刀或?qū)蛟奈恢貌痪_而造成的加工誤差，裝配圖中，刀具與鉆套之間的間隙會(huì)引起刀具的位移或傾斜，造成加工誤差。 鉆4×Ф8.376深19,鉆套導(dǎo)向尺寸為Ф18，所以加工時(shí)的對(duì)刀誤差為=0.04 3.3.1.3夾具的安裝誤差 因夾具在機(jī)床上的安裝不精確而造成的加工誤差。本組合機(jī)床的夾具的安裝基面為平面，因此安裝誤差：=0。 3.3.1.4加工方法誤差 因機(jī)床的精度、刀具精度、刀具與機(jī)床的位置精度、工藝系統(tǒng)的受力變形和受熱變形因素造成的加工誤差，所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)為它留出工件公差的1/3，計(jì)算可得： =0.1/3=0.033mm。 3.3.1.5 夾緊方法誤差 因液壓缸對(duì)夾具施加的力是垂直向下的,對(duì)被加工零件在前后左右方向產(chǎn)生的力可以忽略不計(jì),所以有夾緊方法產(chǎn)生的誤差：=0。 3.3.2 保證加工精度的條件 工件在夾具中加工時(shí)，總加工誤差為上述的各項(xiàng)誤差之和。由于上述誤差為獨(dú)立隨機(jī)變量，應(yīng)用概率法疊加因此保證加工精度的條件為： ≤ （3-2） 即工件的加工誤差=0.164mm應(yīng)不大于工件的尺寸公差，由于孔距尺寸為130±0.1，可取=0.2，>為滿足條件，所以該精度滿足要求。 3.4 夾緊方案的確定 3.4.1夾緊裝置的確定 3.4.1.1夾緊裝置的組成 本設(shè)計(jì)中夾緊裝置采用機(jī)械夾緊裝置，由力源裝置、中間傳力機(jī)構(gòu)、夾緊元件三部分組成。其組成部分的相互關(guān)系，如下面的方框圖所示。 圖3-2 夾緊裝置組成的方框圖 3.4.1.2夾緊裝置設(shè)計(jì)的基本要求 a.夾緊過(guò)程中，不改變工件定位后占據(jù)的正確位置。 b.夾緊力的大小要可靠和適當(dāng)，既要保證工件在整個(gè)加工過(guò)程中位置穩(wěn)定不變，振動(dòng)小，又要使工件不產(chǎn)生于過(guò)大的夾緊變形。 c.夾緊裝置的自動(dòng)化和復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)想適應(yīng)，在保證生產(chǎn)率的前提下，其結(jié)構(gòu)要力求簡(jiǎn)單，以便于制造和維修。 d.夾緊裝置的操作應(yīng)當(dāng)方便、安全、省力。 3.4.1.3夾緊裝置的選擇 通常應(yīng)用的機(jī)械夾緊裝置有氣壓裝置和液壓裝置兩種，各有其優(yōu)越性，要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇用哪種裝置。 A.氣壓裝置 氣壓裝置以壓縮空氣為力源，應(yīng)用比較廣泛，有以下特點(diǎn)： a.動(dòng)作迅速，反應(yīng)快。氣壓為0.5MPa時(shí)，氣缸活塞速度為1~10m/s，夾具每小時(shí)可連續(xù)松夾上千次。 b.工作壓力低（一般為0.4~0.6MPa）。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)裝置所用材料及制造精度要求不高，制造成本低。 c.空氣粘度小，在管路中的損失較少，便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送，易于集中操縱或程序控制等。 d.空氣可就地取材，容易保持清潔，管路不易堵塞，也不會(huì)污染環(huán)境，具有維護(hù)簡(jiǎn)單，使用安全、可靠、方便等特點(diǎn)。 主要缺點(diǎn)是空氣壓縮性大，夾具的剛度和穩(wěn)定性較差；在產(chǎn)生相同原始作用的條件下，因工作壓力低，其動(dòng)力裝置的結(jié)構(gòu)尺寸大。此外，還有較大的排氣噪聲。 B.液壓裝置 液壓裝置的特點(diǎn)是： a.液壓油油壓高、傳動(dòng)力大，在產(chǎn)生同樣原始作用力的情況下，液壓缸的 結(jié)構(gòu)尺寸比氣壓小了許多。 b.液壓油的不可壓縮性可使夾具剛度高，工作平穩(wěn)、可靠。 c.液壓傳動(dòng)噪聲小，勞動(dòng)條件比氣壓的好。 通過(guò)對(duì)以上兩種機(jī)械夾緊裝置優(yōu)缺點(diǎn)的比較，結(jié)合加工工件的精度要求、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和環(huán)境要求、企業(yè)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)中夾緊裝置采用液壓夾緊裝置。 3.4.2夾緊力的確定 3.4.2.1夾緊力確定的基本原則 A.夾緊力的方向 a.夾緊力的方向應(yīng)有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應(yīng)朝向主要定位基面。 b.夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力。 c.夾緊力的方向應(yīng)是工件剛度較高的方向。 B.夾緊力的作用點(diǎn) a.夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)。 b.夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)選在工件剛度較高的部位。 c.夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面。 3.4.2.2夾緊方案 根據(jù)以上要求及原則，工件屬于箱體類零件，夾緊力的方向應(yīng)垂直于最重要的定位基面—底面，并將工件壓向該面，而不宜與其他方面進(jìn)行夾緊。由于工件為薄壁件，易受力變形，故采用多點(diǎn)同時(shí)壓向工件，均勻分布?jí)壕o力，起到減少受力變形的效果。夾緊力為液壓缸驅(qū)動(dòng)。用推桿將壓力傳遞致壓板，然后由壓板將壓力分散到工件壓緊表面，從而將工件壓緊。 3.4.2.3夾緊力的預(yù)算 根據(jù)工件所受切削力、夾緊力的作用情況，找出加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的狀態(tài)，來(lái)確定夾緊力。 根據(jù)文獻(xiàn)[5]查得切削力Q的計(jì)算公式如下 （3-3） 式中 ——安全系數(shù)； ——切削力； ——定位銷上允許承受的一部分切削力，通常可按擠壓強(qiáng)度確定：； ——許用擠壓應(yīng)力，取定位銷和工件中較小者； ——壓板和工件表面間的摩擦系數(shù)； ——工件和定位支承塊間的摩擦系數(shù)； ——定位銷的直徑； ——定位銷的接觸長(zhǎng)度。 根據(jù)文獻(xiàn)[5]查得安全系數(shù)按下式計(jì)算 （3-4） 式中，～為各種因素的安全系數(shù)，查文獻(xiàn)[4]表3-1和表3-2 ：考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù)，??； ：加工性質(zhì)，??； ：刀具鈍化程度，??； ：切削特點(diǎn)，??； ：夾緊力的穩(wěn)定性，?。? ：夾緊時(shí)的位置 ，取； ：僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時(shí)工件與支承面的接觸情況，取。 查文獻(xiàn)[2]表3-34摩擦系數(shù)，均為 根據(jù)2.2.2節(jié)切削力的計(jì)算結(jié)果，取P =4386.4N 3.4.3夾緊液壓缸的選擇 a.壓缸工作壓力的確定 由[4]P.10頁(yè)表2-1得 組合機(jī)床工作壓力3-5MP，取P=5MP。 b.內(nèi)徑D和稈直徑d的確定 查表2-2,取P2=0.5MP 取ηcm=0.95 查表2-3,取d/D=1/2 由公式（2-3） 查表2-4,取D=100mm 查表2-5取d=50mm c.液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 由[4]P.12頁(yè)公式 （3-5） 式中 ——液壓缸壁厚； D——液壓缸內(nèi)徑； ——試驗(yàn)壓力，最大工作壓力的（1.25-1.5）倍 =1.3×5=6.5MP； ——缸體材料許用應(yīng)力，鑄鋼=100-110MP，取=100MP。 ，取=15mm 則外徑D1=D+2=100+30=130。 d.工作行程的確定 查表2-6,取工作行程為30mm。 e.缸蓋厚度的確定 （3-6） 取t=15mm。 綜上所述，查資料[5]P.817頁(yè)表3.6-23，選定夾緊液壓缸為T5019I型油缸。 3.5 導(dǎo)向裝置的選擇 導(dǎo)向裝置的作用在于保證刀具對(duì)于工件的正確位置；保證各刀具相互間的正確位置和提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。 3.5.1鉆模套型式的選擇和設(shè)計(jì) a.鉆套的型式 鉆套的結(jié)構(gòu)和尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，按其使用特點(diǎn)可分為固定式鉆套、可換鉆套和快換鉆套。 由于工件是大批量生產(chǎn)。固定鉆套顯然不合適而快換鉆套加工位置精度較低，不能滿足加工要求，因此選擇可換鉆套?？蓳Q鉆套裝于襯套中而襯套則是壓配（H7/r6）于鉆模板的孔內(nèi)，該鉆套由螺釘固定以防轉(zhuǎn)動(dòng)或在退刀時(shí)隨刀具帶起。 b.鉆套內(nèi)孔直徑的基本尺寸及公差配合的選擇 鉆套內(nèi)孔直徑的基本尺寸應(yīng)為所用刀具的最大極限尺寸，鉆套內(nèi)徑與孔鉆頭配合用H7/f7(考慮到所用刀具和工件上的加工精度要求)。 襯套內(nèi)外孔查資料[2]P.408頁(yè)表5-8通用導(dǎo)套的尺寸規(guī)格，d、D和D2的 關(guān)系如下圖所示。 圖3-3 導(dǎo)套尺寸簡(jiǎn)圖 對(duì)于加工Φ8.376孔，選擇的導(dǎo)套尺寸為：D=18mm，D2=32mm，D1=25 mm，L=25mm，h=10mm, l1=3mm, 配用的螺釘M6 對(duì)于加工Φ15.2孔，選擇的導(dǎo)套尺寸為：D=30mm，D2=55mm，D1=40 mm，L=35mm，h=10mm，l1=3mm,配用的螺釘M6。 對(duì)于加工Φ8.376孔，選擇的導(dǎo)套尺寸為：D=18mm，D2=32 mm，D1=25mm，L=25mm，h=10mm，l1=3mm,配用的螺釘M6。 3.5.2 鉆模板的類型和設(shè)計(jì) 由于孔的位置精度要求較多，因此選用固定式鉆模板，這種鉆模板直接固定在夾具體上，鉆套相對(duì)于夾具也是固定的。 在設(shè)計(jì)鉆模板結(jié)構(gòu)時(shí)，主要根據(jù)工件外形大小，加工部件，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)規(guī)模以及機(jī)床類型等條件而定，要求鉆模板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，制造容易 要求： a.保證鉆模板有足夠剛度前提下，要求盡量減少其重量，鉆模板的厚度按鉆套的高度來(lái)確定，一般在10～30mm之間，鉆模板一般不宜承受夾緊力。由于在鉆套設(shè)計(jì)中鉆套高度L=36mm，鉆模板厚度取36mm。 b.鉆模板安裝