柴油機機體三面鉆擴組合機床總體及夾具設(shè)計
柴油機機體三面鉆擴組合機床總體及夾具設(shè)計,柴油機,機體,三面鉆擴,組合,機床,總體,夾具,設(shè)計
鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書2009
目 錄
1 前言 1
1.1 概述 1
1.2 課題由來及基本條件 1
1.3課題設(shè)計思路 2
1.4預期成果及實際價值 2
2組合機床總體設(shè)計 3
2.1 工藝方案的擬定 3
2.1.1 分析研究被加工零件 3
2.1.2組合機床總體方案論證 3
2.1.3 定位基準及夾壓點選擇 4
2.2確定切削用量及刀具選擇 4
2.2.1 刀具的選擇 4
2.2.2 切削用量的選擇 5
2.2.3 計算切削力 切削扭矩 切削功率 及刀具耐用度 7
2.2.4 確定主軸尺寸 外伸尺寸 8
2.2.5 選擇接桿 9
2.2.6 導向結(jié)構(gòu)的選擇 9
2.2.7動力部件工作行程及循環(huán)的確定 10
2.3通用部件的選擇 10
2.3.1 選用滑臺形式 10
2.3.2選液壓滑臺的型號 11
2.3.3選動力箱型號 12
2.3.4選擇液壓滑臺側(cè)底座 12
2.4 確定機床聯(lián)系尺寸 13
2.4.1 機床裝料高度的確定 13
2.4.2 夾具輪廓尺寸的確定 13
2.4.3 中間底座尺寸的確定 13
2.4.4主軸箱輪廓尺寸的確定 13
2.5機床分組 13
2.6 生產(chǎn)率計算卡 14
3 組合機床夾具設(shè)計 17
3.1夾具設(shè)計的基本要求和步驟 17
3.1.1夾具設(shè)計的基本要求 17
3.1.2 夾具設(shè)計的步驟 17
3.2 定位方案的確定 18
3.2.1 零件的工藝性分析 18
3.2.2 定位方案的論證 18
3.2.3導向裝置 19
3.2.4校核加工精度 20
3.3夾緊方案的確定 20
3.3.1 夾緊裝置的確定 20
3.3.2 夾緊方案論證 21
3.3.3 夾緊力確定 22
3.3.4誤差分析 23
3.4 夾具體設(shè)計 25
4 結(jié)論 26
參考文獻 27
致謝 28
附 錄 29
ZH1105型柴油機機體鉆擴組合機床總體及夾具設(shè)計
摘要：ZH1105型柴油機機體為大批量生產(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且保持加工精度穩(wěn)定，本課題設(shè)計了一臺用于ZH1105型柴油機機體三面鉆孔的組合機床。第一部分是總體設(shè)計，首先，進行了總體方案論證，采用單工位三面鉆削組合機床，刀具選用高速鋼麻花鉆，并根據(jù)切削用量的選擇，計算切削力、切削扭矩及切削功率，確定主軸直徑、外伸尺寸、接桿型號，選擇滑臺、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，完成機床聯(lián)系尺寸的制定。最后繪制了三圖一卡。第二部分是夾具設(shè)計，經(jīng)過對被加工零件的全面分析，導向采用固定鉆模板可換鉆套導向，夾緊裝置采用機械夾緊機構(gòu)，直接夾壓于工件上，反應(yīng)快捷，夾壓平穩(wěn)可靠，夾具體有良好的剛性，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鉆孔精度，還能提高加工效率，降低工人的勞動強度。設(shè)計的夾具定位可靠、夾壓穩(wěn)定、操作方便，達到了設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞：組合機床；鉆孔；夾具
The design of the general and jig of the modular machine-tool for drilling the ZH1105 crude oil engine
Abstract：The crude oil engine is made for large quantities of mass production. In order to prone the production efficiency, and meet the precision request of the components processed and the precision stability, it designs a combined machine-tool to be used in the three-cylinder diesel engine with both sides drilling holes. The first part is general design. First, it carries out the argumentation of the overall plan, adopts the combined machine-tool with single location three faces drilling, selects the high-speed steel twist drill. According to the cutting parameters, it calculates the cutting force, the cutting torque and the cutting power, determines spindle diameter, the extend size and the link-pole model, choose sliding table, the power box and so on, then determines the operating cycle and the stroke of the power part, formulates the relation size of the machine-tool. Finally, it draws three figures and one card. The second part is the jig design. Having analyze the work piece, the guiding equipment use the fixed drill plate with replaceable drill bush; the clamp uses the machinery device, it directly presses on the work piece, which responds quickly, fixes steadily and reliably; the jig-body utilizes the frame structure, possess fine rigidity, causes the jig to maintain good long-term precision. This combined machine-tool not only guarantees the drill hole precision, but also enhances the processing efficiency, reduced workers' labor intensity. The jig orients reliably, clamps stably, operates easily, then meet the design request well.
Key words：Modular machine-tool; Drill hole; Jig
iii
鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書2009
1前 言
1.1 概述
組合機床在汽車、拖拉機、柴油機、電機、儀器儀表、縫紉機、自行車等輕工行業(yè)大批大量生產(chǎn)中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用；一些中小批量生產(chǎn)企業(yè)，如機床、機車、工程制造業(yè)中也已推廣應(yīng)用。組合機床最適宜于加工各種大中型箱體類零件，如汽缸蓋、汽缸體、變速箱體、電機座及儀表殼等零件；也可用來完成軸套類、輪盤類、叉架類和蓋板類零件的部分或全部工序的加工。
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”。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。
本次畢業(yè)設(shè)計課題來源于生產(chǎn)實際，具體的課題是ZH1105柴油機機體三面鉆擴組合機床總體及夾具設(shè)計。在設(shè)計前認真研究被加工零件的圖樣，研究其尺寸、形狀、材料、硬度、重量、加工部位的結(jié)構(gòu)及加工精度和表面粗糙度要求等內(nèi)容，為設(shè)計提供大量的數(shù)據(jù)、資料，作好充分的、全面的技術(shù)準備。在準備了充足的資料之后進行總體及零部件的設(shè)計工作，總體的設(shè)計的主要工作是完成“三圖一卡”，即繪制機床的總體尺寸聯(lián)系圖、加工示意圖、零件的工序圖及編制生產(chǎn)率計算卡；夾具設(shè)計的方法是：繪制夾具裝配圖；確定夾具的結(jié)構(gòu)；選定鉆模板等。在此次的設(shè)計中采用三面夾緊定位，液壓夾緊，提高了生產(chǎn)效率，降低鐐動強度，同時在設(shè)計中采用了大量的通用零部件，降低了產(chǎn)品的成本
1.2 課題由來及基本條件
a）設(shè)計內(nèi)容
設(shè)計一臺加工柴油機機體上左右面孔系的鉆擴組合機床.
設(shè)計：制定工藝方案，確定機床配置型式及結(jié)構(gòu)方案，“三圖一卡”設(shè)計；
部件設(shè)計：組合機床夾具設(shè)計
b）設(shè)計依據(jù)
課題來源：鹽城市江動集團
產(chǎn)品名稱：ZH1105型柴油機
被加工零件：機體（附零件圖）
工件材料：HT250
加工內(nèi)容：齒輪室蓋面：鉆9-M8-7H底孔至9-φ6.647，深19；鉆M10-7H底孔至φ8.376，深22；
主軸承蓋面：鉆6-M8-7H底孔至6-φ6.647，深19鉆8-M8-7H底孔至8-φ6.647，深19；鉆2-φ8孔，深16；鉆φ4.9孔，深16；
上面：鉆4-M10-7H底孔至φ8.376，深22；鉆5-M8-7H底孔至6-φ6.647，深18鉆M8-7H底孔至φ6.647，通孔；鉆M12-6H底孔至φ10.106；孔口倒角1.5×45°
批量：本機床設(shè)計、制造一臺
1.3課題設(shè)計思路
a.工藝方案的確定 在確定工藝方案之前，需要通過實習對被加工零件的結(jié)構(gòu)特征的了解，并對加工精度，加工位置和加工要求的熟悉，有利于確定經(jīng)濟可行的方案。
b.機床配置及結(jié)構(gòu)的確定 根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，選擇合適的機床結(jié)構(gòu)，盡可能多選用公用部件和標準件。
c.總體設(shè)計 在確定前面的方案的時，通過計算得到生產(chǎn)率卡和繪制“三圖”，根據(jù)計算選擇合適的主軸箱的輪廓尺寸和動力設(shè)施。
d.夾具的設(shè)計 首先確定夾緊方案、定位方式和夾緊力的計算，然后選用相應(yīng)的標準部件和標準件，繪制夾具裝備圖和夾具的相關(guān)的零件圖。
本次設(shè)計的組合機床同時加工三個端面，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度，從而降低了零件的加工成本。
1.4 預期成果及實際價值
最終將完成被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計算卡；夾具總裝圖、夾具非標準零件圖等技術(shù)文件，指導組合機床及夾具的生產(chǎn)。這樣一臺組合機床設(shè)計好后，可直接投入ZH1105型柴油機汽缸體的生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，滿足加工精度要求，幫助生產(chǎn)廠家降低加工成本，獲得良好的經(jīng)濟效益。
2組合機床總體設(shè)計
2.1 工藝方案的擬訂
組合機床的總體設(shè)計要注重工件及其加工的工藝分析，制訂出合理的工藝方案，才能設(shè)計出合理的專用機床。根據(jù)具體的被加工零件，在制定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進行方案圖紙的總體設(shè)計。
2.1.1 分析、研究被加工零件
本課題設(shè)計的組合機床加工的工件為ZH1105型柴油機機體，工序為三面孔系加工，零件材料為鑄鐵件HT250，其硬度為HBS212—285，屬于箱體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復雜。生產(chǎn)綱領(lǐng)：大批大量加工，工藝采用鉆削加工。
本機床加工零件的工序內(nèi)容：
齒輪室蓋面：鉆9-M8-7H底孔至9-φ6.647，深19；鉆M10-7H底孔至φ8.376，深22；
主軸承蓋面：鉆6-M8-7H底孔至6-φ6.647，深19鉆8-M8-7H底孔至8-φ6.647，深19；鉆2-φ8孔，深16；鉆φ4.9孔，深16；
上面：鉆4-M10-7H底孔至φ8.376，深22；鉆5-M8-7H底孔至6-φ6.647，深18鉆M8-7H底孔至φ6.647，通孔；鉆M12-6H底孔至φ10.106；孔口倒角1.5×45°
2.1.2 組合機床總體方案論證
根據(jù)任務(wù)書的要求：設(shè)計的組合機床要滿足加工要求、保證加工精度；盡可能用通用件、以降低成本；各動力部件用電氣控制、液壓驅(qū)動。因此根據(jù)任務(wù)書要求和氣缸體的特點初定兩種設(shè)計方案：
機床的配置型式有立式和臥式兩種,如圖2-1和圖2-2兩種
圖2-1 臥式組合機床結(jié)構(gòu)
圖2-2立式組合機床結(jié)構(gòu)
臥式組合機床 特點：臥式組合機床重心低、振動小運作平穩(wěn)、加工精度高、占地面積大。
立式組合機床 特點：立式組合機床重心高、振動大、加工精度低、占地面積小。
方案比較：根據(jù)被加工工件和兩種組合機床的特點比較可知ZH1105型柴油機汽缸體的結(jié)構(gòu)為臥式長方體。通過以上的比較，考慮到臥式振動小，裝夾方便等因素，選用三面臥式組合機床。
2.1.3定位基準及夾壓點的選擇
組合機床是針對某種零件或零件某道工序設(shè)計的。正確選擇定位基準，是確保加工精度的重要條件，同時也有利于實現(xiàn)最大限度的集中工序。一般常采用一面兩孔定位和三面定位。本機床加工時采用的定位方式是三面定位，以底面為定位基準面，限制三個自由度；在左面用兩個圓柱定位銷，限制兩個自由度；后面再用一個圓柱銷限制剩下的一個自由度。
2.2確定切削用量及選擇刀具
2.2.1 刀具的選擇
根據(jù)工藝的要求及加工精度不同，組合機床采用的刀具一般有簡單刀具（標準刀具）、復合刀具及特種刀具。
選擇刀具的原則：
a）只要條件允許，為使工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單、刃磨容易，應(yīng)盡量選擇標準刀具和簡單刀具。
b）為使工序集中或保證加工精度，可采用先后加工或同時加工兩個或兩個以上表面的復合刀具。
c）選擇刀具結(jié)構(gòu)時，還須認真分析被加工零件材料特點。
根據(jù)工藝要求及加工精度的要求，查文獻[18]196頁表4-45，加工17個孔的刀具均采用標準錐柄麻花鉆。
刀具材料為高速鋼，標準號：GB/T 1438-1985
2.2.2 切削用量的選擇
組合機床多軸箱上所有刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺。工作時，要求所有刀具的每分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進給量。這個每分鐘進給量（毫米/分）應(yīng)是適合于所有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計成不同轉(zhuǎn)速和選擇不同的每轉(zhuǎn)進給量（毫米/轉(zhuǎn)）與其相適應(yīng)，以滿足不同直徑工件的加工需要，文獻[8]53頁，即
（1-1）
式中：,,…,——各主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）；
,,…,——各主軸進給量（毫米/轉(zhuǎn)）；
——動力滑臺每分鐘進給量（毫米/分）。
在選擇了轉(zhuǎn)速后就可以根據(jù)公式
（1-2）
選擇合理的切削速度。
查文獻[2]第130頁表6-11
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
200～241HBS
1～6
10～18
0.05～0.1
>6～12
>0.1～0.18
根據(jù)上表合理選擇所需要的切削速度與進給量。
A. 左側(cè)面上17個孔
a)孔11～孔24 盲孔，14×φ6.647，l=19mm
取n=630r/min，f=0.11mm/r，由公式（1-1）得：
=70mm/min
由公式（1-2）得切削速度：
v=13.26m/min
b)孔25、26 盲孔，2×φ8，l=16mm
取n=630r/min，f=0.11mm/r，由公式（1-1）得：
=70mm/min
由公式（1-2）得切削速度：
v=15.83m/min
c)孔27 盲孔，φ4.9，l=16mm
取n=720r/min， f=0.097mm/r，由公式（1-1）得：
=70mm/min，
由公式（1-2）得切削速度：
v=11.08m/min
B.右側(cè)面上10個孔
a)孔1～9 盲孔，9×φ6.647，l=19mm
取n=630r/min， f=0.11mm/r，由公式（1-1）得：
=70mm/min
由公式（1-2）得切削速度：
v=13.26m/min
b)孔10 盲孔，Φ8.376，l=22mm
取n=630r/min， f=0.11mm/r，由公式（1-1）得：
=70mm/min
由公式（1-2）得切削速度：
v=16.58m/min
C. 后面上11個孔
a)孔28～31 盲孔，4×φ8.376，l=22mm
取n=630r/min， f=0.11mm/r，由公式（1-1）得：
=70mm/min
由公式（1-2）得切削速度：
v=16.58m/min
b)孔32～36 盲孔，5×φ6.647，l=18mm
取n=630r/min， f=0.11mm/r，由公式（1-1）得：
=70mm/min
由公式（1-2）得切削速度：
v=13.26m/min
c)孔37 通孔，φ6.647
取n=630r/min， f=0.11mm/r，由公式（1-1）得：
=70mm/min
由公式（1-2）得切削速度：
v=13.26m/min
d)孔38 通孔，φ10.106
取n=500r/min， f=0.14mm/r，由公式（1-1）得：
=70mm/min
由公式（1-2）得切削速度：
v=15.87m/min
孔的編號見被加工零件工序圖YG01-00-01
2.2.3 計算切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度
根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進給量f），確定進給力，作為選擇動力滑臺及設(shè)計夾具的依據(jù)；確定切削轉(zhuǎn)矩，用以確定主軸及其他傳動件（齒輪、傳動軸）的尺寸；確定切削功率，用作選擇主傳動電機（一般指動力箱電機）功率；確定刀具耐用度，用以驗證所選用量或刀具是否合理。
查文獻[1]134頁表6-20得公式：
(2-3) (2-4)
(2-5)
式中，F(xiàn)表示軸向切削力（N），T表示切削轉(zhuǎn)矩（N·㎜），P表示切削功率（Kw），
v表示切削速度（m/min）,f表示進給量（mm/r）,
D表示加工（或鉆頭）直徑（mm）
HB表示布氏硬度，取HB=230。
由公式(2-3)、(2-4)、(2-5)可得：
1）φ6.647孔
由公式（2-3）得：
F=772.24N
由公式（2-4）得：
T=1633.58 N·㎜
由公式（2-5）得：
P=0.1065Kw
2）φ8.376孔
由公式（2-3）得：
F=973.11N
由公式（2-4）得：
T=2534.67 N·㎜
由公式（2-5）得：
P=0.164Kw
3）φ8孔
由公式（2-3）得：
F=929.43N
由公式（2-4）得：
T=2322.85N·㎜
由公式（2-5）得：
P=0.1502Kw
4）φ4.9孔
由公式（2-3）得：
F=514.78N
由公式（2-4）得：
T=827.61 N·㎜
由公式（2-5）得：
P=0.0612Kw
5）φ10.106孔
由公式（2-3）得：
F=1423.94N
由公式（2-4）得：
T=4392.6 N·㎜
由公式（2-5）得：
P=0.2254Kw
總的切削功率：即求各面上所有軸的切削功率之和
左面
右面
后面
驗證選用量或刀具是否合理，刀具耐用度至少大于4個小時，查機械加工工藝手冊公式
(2-6)
根據(jù)公式（2-5），選擇的鉆頭進行計算
，
根據(jù)計算，刀具耐用度滿足要求。
2.2.4 確定主軸、尺寸、外伸尺寸
查文獻[2]43頁表3-4
d= (2-7)
式中：d——軸的直徑；
T——軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·M）；
B——系數(shù)（取B=6.2）。
a）左多軸箱：軸1-14 d=6.2×=12.47mm
軸15-16 d=6.2×=13.61mm
軸17 d=6.2×=10.52mm
b）右多軸箱：軸1-9 d=6.2×=12.47mm
軸10 d=6.2×=13.9mm
c）后多軸箱：軸1-4 d=6.2×=13.9mm
軸5-9 d=6.2×=12.47mm
軸10 d=6.2×=12.47mm
軸11 d=6.2×=15.96mm
考慮到安裝過程中軸的互換性、安裝方便等因素，則左主軸中：1—17主軸直徑都取φ15；右主軸箱中：1—9主軸直徑都取φ15，10主軸直徑取φ20；后多軸箱中：5-10主軸直徑都取φ15，1-4和11主軸直徑都取φ20。
根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，查文獻[1]44頁表3-6可得到主軸外伸尺寸及接桿莫氏圓錐號。主軸軸徑d=15mm時，主軸外伸尺寸為：D/=25/16,L=85mm,接桿莫氏圓錐號為1；主軸軸徑d=20mm時，主軸外伸尺寸為：D/=32/20,L=115mm，接桿莫氏圓錐號為1。
2.2.5 選擇接桿
在鉆、擴、鉸孔及倒角等加工小孔時，通常都采用接桿（剛性接桿）。因為主軸箱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。
查文獻[2]171頁表8-2：
表2-2 特長可調(diào)接桿尺寸
d
d×t
莫氏錐號
類型
L
16
Tr16×1.5
2
A
28
185-485
85
20
Tr20×2
2
A
28
215-500
110
表2-3 夾緊螺母型式及尺寸
名義尺寸
h
16
Tr16×1.5
24.6
12
20
Tr20×2
31.6
12
2.2.6 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：保證刀具相互間的正確位置；保證刀具相對工件的正確位置；提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。
組合機床上刀具導向裝置通常分為固定式導向和旋轉(zhuǎn)式導向兩大類。根據(jù)導向的線速度﹝v＜20m/min﹞、加工精度及刀具的具體工作條件，所有本機床選擇固定式導向。
查文獻[1]175頁表8-4：
表2-4 通用導套的尺寸規(guī)格
d
D
φ4.9
>4-6
10
15
18
M6
12
8
3
φ6.7
>6-8
12
18
22
M6
12
8
3
φ8
>8-10
15
22
26
M6
16
8
3
φ8.4
>8-10
15
22
26
M6
16
8
3
φ10.1
>10-12
18
26
30
M8
16
10
4
導向長度一般取1-2.5d, 所以導向長度=24mm。導向套端面至工件端面距離是為了排屑方便，一般取1-1.5d，即=9mm。
根據(jù)文獻[2]177頁表8-6導向類別中選擇的第一類導向,工藝方法為鉆孔,d取,D取/g6, /n6。
2.2.7 動力部件工作循環(huán)及行程的確定
1）工作進給長度的確定
工作進給長度，應(yīng)等于加工部件的長度L(多軸加工時按最長孔計算)與刀具切入長度和切出長度之和。切入長度一般為5～10mm，根據(jù)工件端面的誤差情況確定，鉆孔時切出長度查文獻[1]46頁表3-7：
+（3～8） （注：d為鉆頭直徑） （2-8）
適用復合刀具的時候，應(yīng)根據(jù)具體情況來選定，具體如下：
左側(cè)工進長度：19+9=28mm 右側(cè)工進長度：22+6=28mm 后側(cè)工進長度：22+6=28mm
2）快速引進長度的確定
快速引進是指動力部件把刀具送到工作進給的位置，其長度按具體情況確定。在左動力頭工作循環(huán)中，快速進給行程為152mm，在右動力頭工作循環(huán)中，快速進給行程為152mm，在后動力頭工作循環(huán)中，快速進給行程為152mm。
3)快速退回長度的確定
快速退回的長度等于快速引進和工作進給長度之和。一般在固定式夾具鉆孔的機床上，動力部件快速退回的行程，只要把所有刀具都退至導套內(nèi)，不影響工作的裝卸就行了。左、右、后側(cè)快速退回長度為180mm。
4）動力部件總行程的確定
動力部件的總行程除了滿足工作循環(huán)向前和向后所需的行程外，還要考慮因刀具磨損或補償制造、安裝誤差，動力部件能夠向前調(diào)節(jié)的距離（此距離不小于15-20mm）和刀具裝卸以及刀具從接桿中或接桿連同刀具一起從主軸孔中取出時，動力部件需后退的距離。因此，動力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。在本機床的動力部件循環(huán)中：前備量選30mm，后備量選40mm。
2.3 通用部件的選擇
2.3.1 選用滑臺型式
滑臺型式一般分為液壓滑臺和機械滑臺，液壓滑臺與機械滑臺由于采用的傳動裝置不同，因而在性能、使用及維修等方面各有特點。目前，這兩種滑臺都得到廣泛的應(yīng)用。
根據(jù)文獻[2]18頁表2-4，它們的優(yōu)缺點比較如下：
表2-5 液壓滑臺與機械滑臺的優(yōu)缺點
液壓滑臺
機械滑臺
優(yōu)
點
1.在相當大的范圍內(nèi)進給量可以無級調(diào)速。
1.進給量穩(wěn)定，慢速無爬行，高速無振動，可以降低加工工件的表面粗糙度。
2.可以獲得較大的進給力。
2.具有較好的抗沖擊能力，斷續(xù)切削、鉆頭鉆通孔將要出口時，不會因沖擊而損壞刀具。
3.由于液壓驅(qū)動零件磨損小，使用壽命長。
3.運行安全可靠，易發(fā)現(xiàn)故障，調(diào)整維修方便。
4.工藝上要求多次進給時，通過液壓換向閥，很容易實現(xiàn)。
4.沒有液壓驅(qū)動管路泄露、噪聲和液壓站占地的問題。
5.過載保護簡單可靠。
6.由行程調(diào)速閥來控制滑臺的快進轉(zhuǎn)工進，轉(zhuǎn)換精度
高，工作可靠。
缺
點
1.進給量由于載荷的變化和溫度的影響而不夠穩(wěn)定。
1.只能有級變速，變速比較麻煩。
2.液壓系統(tǒng)的漏油影響工作環(huán)境，浪費能源。
2.一般沒有可靠的過載保護。
3.調(diào)整維修比較麻煩。
3.快進轉(zhuǎn)工進時，轉(zhuǎn)換位置精度較低。
經(jīng)比較，本組合機床選用液壓滑臺。
2.3.2 選液壓滑臺的型號
每種規(guī)格的動力滑臺有其最大進給力F進的限制。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[4]第62頁公
（2-6）
式中，—各主軸所需的 向切削力，單位為N。
左主軸箱
===13185 N
右主軸箱
==7923.27N
后主軸箱 ===10150.69 N
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(yīng)大于。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，再查看文獻[1] 91頁表5-1得P=20000N，所以選擇液壓滑臺的型號為：1HY40；選擇的行程為：400mm；臺面寬度：400mm；臺面長度：800mm；滑臺與滑座總高：320mm；滑座長：1240mm；快速行程速度8m/min，工進速度12.5～500mm/min，允許最大進給力。
2.3.3 選動力箱型號
根據(jù)各刀具主軸的切削用量，計算出切削功率，再算出總切削功率，再考慮到多軸箱的傳動效率，計算出消耗于多軸箱上的切削功率，這是作為選擇組合機床主傳動用動力箱型號規(guī)格的依據(jù)。計算結(jié)果如下：
=1.8522Kw
=1.1225Kw
=1.5779Kw
查文獻[1]62頁多軸箱所需功率按下列公式計算：
= + + （2-9）
所以得出多軸箱的驅(qū)動功率如下：
=1.8522+0.026×16+0.042+0.018=2.3282Kw
=1.1225+0.026×9+0.046+0.0112=1.4137Kw
=1.5779+0.026×5+0.046×6+0.0158=1.9997Kw
為了方便起見，使三邊的動力箱的型號一致，所以選了功率比較大的作為選擇動力箱的依據(jù)，所以根據(jù)文獻[1]114頁表5-39
表2-6 動力箱及電動機型號表
動力箱型號
電動機型號
電動機功率()
電動機轉(zhuǎn)速（）
輸出軸轉(zhuǎn)速()
左主軸箱
1TD40Ⅰ
Y132S-4
5.5kW
1440
720
右主軸箱
1TD40Ⅰ
Y132S-4
5.5kW
1440
720
后多軸箱
1TD40Ⅰ
Y132S-4
5.5kW
1440
720
再根據(jù)文獻[1] 116頁表5-40可以得出動力箱與動力滑臺、主軸箱結(jié)合面的尺寸以及動力箱輸出軸距箱底面高度，具體如下：
與動力滑臺結(jié)合面的尺寸：長800mm，寬400mm
與主軸箱結(jié)合面：寬800mm，高355mm
動力箱輸出軸距箱底高度為160mm。
2.3.4選擇滑臺側(cè)底座
根據(jù)所選的液壓滑臺查文獻[1]92頁表5-2，選擇液壓滑臺側(cè)底座為1CC401，其高度為，寬度，長度。
2.4 確定機床聯(lián)系尺寸
2.4.1 機床裝料高度的確定
裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的的垂直距離,本課題中，最低孔位置 ，主軸箱最低主軸高度，所選滑臺和滑座總，側(cè)底座高度，夾具底座高度，中間底座高度，綜合以上因素，該組合機床裝料高度取H=935mm。
2.4.2 夾具輪廓尺寸的確定
夾具底座的輪廓尺寸，即長×寬×高為：450×500×375。
夾具高度尺寸為夾具體高度加上夾具底座高度，定為831mm，長度、寬度尺寸除考慮工件本身寬度外，再加其他寬度方向上能布置下工件的定位、夾緊及其他機構(gòu)，從總圖中查得長度尺寸為：545mm，寬度尺寸為：700mm。
2.4.3 中間底座尺寸的確定
根據(jù)選定的動力箱、滑臺、側(cè)底座等標準的位置關(guān)系并考慮滑臺的前備量，通過尺寸鏈就可以計算確定中間底座加工方向的尺寸取800mm，確定中間底座高度方向尺寸為560mm。
2.4.4主軸箱輪廓尺寸的確定
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，可按下式計算：
（2-8）
（2-9）式中，—工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（㎜）；
—最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（㎜）；
—工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（㎜）；
—最低主軸高度（㎜）。
對于臥式組合機床， h1要保證潤滑油不致從主軸襯套處泄漏箱外，通常推薦，本組合機床按式
（2-10）
計算，得： ，
,取，則求出主軸箱輪廓尺寸：
根據(jù)上述計算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱輪廓尺寸為B×H=630㎜×500㎜和B×H=630mm×630mm和B×H=630mm×630mm。
2.5 機床分組
a) 夾具（第20組）夾具用以裝夾工件，實現(xiàn)被加工零件的準確定位、夾壓、刀具的導向等，夾具是主要的專用部件之一。
b) 多軸箱（第70組有多軸箱和第71組左多軸箱）多軸箱中有和被加工零件孔位和數(shù)量一致的主軸。它也是主要的專用部件。它的功用是把動力箱的旋轉(zhuǎn)運動傳給各主軸，再經(jīng)接桿傳給刀具。
c) 傳動裝置 （第40組）傳動裝置包括1TD32型動力箱和1HY32型液壓滑臺。它們都是組合機床的主要通用部件。動力箱用于把電動機的動力和運動傳給多軸箱。液壓滑臺用以實現(xiàn)刀具的工作循環(huán)。
d）底座（第10組中間底座和第11組側(cè)底座）底座是機床的支承部件，其中1CC32型側(cè)底座是機床的主要通用部件。
此外，組合機床還有電氣設(shè)備（第30組），刀具和工具（第60組和61組），液壓傳動裝置（第50組），潤滑裝置（第80組），擋鐵（第90組）等。液壓滑臺的工作循環(huán)，就是通過擋鐵、液壓元件的控制實現(xiàn)的。
2.6 機床生產(chǎn)率計算卡
機床生產(chǎn)率計算卡反映了實際生產(chǎn)率、切削用量、動作時間、負荷率等技術(shù)參數(shù)。工作行程為28；進刀量為70 ；機動時間加緊0.1。
1）理想生產(chǎn)率計算
理想生產(chǎn)率(單位為件/)是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)N(包括備品及廢品率在內(nèi))所要求的機床生產(chǎn)率。它與全年工時總數(shù)有關(guān)，一般情況下，單班制取2350,兩班制取4700，N取75000件。則
（2-7）
=75000/2350=31.92件/
2)生產(chǎn)率計算
實際生產(chǎn)率(件/h)指所設(shè)計的機床每小時實際可以生產(chǎn)的零件數(shù)量。即：
（2-8）
式中： ——生產(chǎn)一個零件所需時間（min），可按下式計算：
（2-9）
式中：——分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進給行程長度,單位為;
——分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進給量，單位為；
——滑臺在死擋鐵上的停留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀
下旋轉(zhuǎn)5～10轉(zhuǎn)所需時間，單位為min;
——分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為;
——動力部件快速行程速度。液壓動力部件取3～10米/分；
——直線移動或回轉(zhuǎn)工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)換的時間，一般可取0.1分；
——工件裝、卸（包括定位、夾壓及清除鐵屑等）時間，它取決于裝卸自動化程度、工件重量大小、裝卸是否方便及工人熟練程度。通常取0.5～1.5min 。
單件時間：
=1.4532min
3）實際生產(chǎn)率：
4)負荷率計算
=77.31%
4)生產(chǎn)率計算卡如下表
序號
工步名稱
被加工零件數(shù)量
加工直徑(mm)
加工長度(mm)
工作行程(mm)
切削速度(m/min)
轉(zhuǎn)速(r/min)
進給量
工時(min)
(mm/r)
(mm/min)
機動時間
輔助時間
共計
1
裝卸工件
1
1
1
2
左滑臺鉆孔
快進
152
0.015
鉆14個φ6.647孔
6.647
19
28
13.26
630
0.11
70
0.35
鉆2個φ8孔
8
16
28
15.83
630
0.11
70
鉆1個φ4.9孔
4.9
16
28
11.08
720
0.097
70
死擋鐵停留
0.02
快退
180
0.018
3
右滑臺鉆孔
快進
152
0.014
0.014
鉆9個φ6.647孔
6.647
19
28
13.26
630
0.11
70
0.475
0.475
鉆1個φ8.376孔
8.376
22
28
16.58
630
0.11
70
死擋鐵停留
0.02
0.02
快退
180
0.018
0.018
4
后滑臺鉆孔
快進
152
鉆4個φ8.376孔
8.376
22
28
16.58
630
0.11
70
鉆5個φ6.647孔
6.647
18
28
13.26
630
0.11
70
鉆1個φ10.1孔
10.1
28
13.26
500
0.11
70
鉆1個φ6.647通孔
6.647
28
15.87
630
0.11
70
死擋鐵停留
0.02
0.02
快退
180
0.018
0.018
備注
總計
1.4532
單件工時
1.4532
機床實際生產(chǎn)率
41.29件/時
機床理想生差率
31.92件/時
機床負荷率
77.31%
表2-7 生產(chǎn)率計算卡
3組合機床夾具設(shè)計
3.1 夾具設(shè)計的基本要求和步驟
3.1.1 夾具設(shè)計的基本要求
a） 提高生產(chǎn)率、降低成本
夾具設(shè)計方案應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。在大批量生產(chǎn)時，為了縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率，盡量采用快速、高效的結(jié)構(gòu)和自動控制裝置；在批量生產(chǎn)和滿足夾具功能的前提下，盡量使夾具結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，以降低夾具的制造成本。
b） 保證工件的加工精度
夾具設(shè)計的最基本要求是保證工件的加工精度。關(guān)鍵是確定定位方案、夾緊方案，和合理地設(shè)計夾具的尺寸、公差和技術(shù)要求，必要時應(yīng)進行誤差的分析和計算。
c） 便于排屑
夾具的排屑是一個很重要的問題，切屑積集在夾具中，會破壞工件正確的定位；切屑帶來的大量熱量會引起夾具和工件的熱變形，影響加工質(zhì)量；切屑的的清掃又會增加輔助時間，降低生產(chǎn)率。切屑積集嚴重時，還會造成設(shè)備事故或工傷事故。因此，在夾具設(shè)計時排屑問題必須給予充分的注意。
d） 操作方便、省力和安全
夾具的操作要盡量做到方便、省力，盡可能采用氣動、液壓及其他機械化夾緊裝置、以減輕工人的勞動強度，控制好夾緊力。夾具操作位置應(yīng)符合操作工人的習慣，應(yīng)有安全保護裝置，確保使用安全。
e）有良好的結(jié)構(gòu)工藝性
夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、合理，便于加工、裝配、檢驗和維修，盡可能多選用標準部件和標準元件。
夾具設(shè)計通?？梢栽趨㈤営嘘P(guān)資料的情況下，按加工要求設(shè)計方案，繪制圖樣，經(jīng)修改確定夾具的結(jié)構(gòu)。
3.1.2 夾具設(shè)計的步驟
a）設(shè)計前的準備
首先分析產(chǎn)品零件圖、裝配圖、零件結(jié)構(gòu)特點、材料及技術(shù)要求；其次分析零件的加工工藝規(guī)程，及對任務(wù)書所提出的要求進行可行性研究；了解所用機床的規(guī)格、性能、精度以及與夾具連接部分結(jié)構(gòu)的聯(lián)系尺寸；了解所用絲錐、量具的規(guī)格；了解零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)及生產(chǎn)組織等有關(guān)問題；收集有關(guān)設(shè)計資料。
b）方案設(shè)計
在分析各種原始資料的基礎(chǔ)上，確定夾具的類型、定位方式、夾緊方式、導向方案 、連接方式和夾具的結(jié)構(gòu)形式。繪制方案設(shè)計圖，進行工序精度分析，對動力夾緊裝置進行夾緊力的計算。
c）審核
檢查夾具的各項功能是否符合設(shè)計要求。
d）總體設(shè)計
根據(jù)所定方案繪制夾具裝配圖，注明各種元件的裝配關(guān)系。
e）夾具零件的設(shè)計
合理選擇材料，標注尺寸、公差和技術(shù)要求。
f）夾具的裝配、調(diào)試和驗證
3.2 定位方案的確定
3.2.1 零件的工藝性分析
ZH1105型柴油機汽缸體材料為HT250，其硬度為212～285HBS，在本工序之前柴油機汽缸體四個主要表面已加工完畢。本工序加工以下面的孔： 齒輪室蓋面：鉆9-M8-7H底孔至9-φ6.647，深19；鉆M10-7H底孔至φ8.376，深22；主軸承蓋面：鉆6-M8-7H底孔至6-φ6.647，深19鉆8-M8-7H底孔至8-φ6.647，深19；鉆2-φ8孔，深16；鉆φ4.9孔，深16；上面：鉆4-M10-7H底孔至φ8.376，深22；鉆5-M8-7H底孔至6-φ6.647，深18鉆M8-7H底孔至φ6.647，通孔；鉆M12-6H底孔至φ10.106；孔口倒角1.5×45°
3.2.2 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。下面比較兩者的特點：
a.“一面兩孔”的定位方法 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，同時加工零件五個表面的可能，能高度集中工序?！耙幻鎯煽住笨勺鳛榱慵拇旨庸さ骄庸と抗ば虻亩ㄎ换鶞剩沽慵麄€工藝過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉(zhuǎn)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（工位）的許多部件實現(xiàn)通用化，有利于縮短設(shè)計、制造周期，降低成本。 易于實現(xiàn)自動化定位、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 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。方便簡單，能高度集中工序。
該定位方案的分析：被加工零件為ZH1105柴油機機體屬箱體類零件，工件形狀規(guī)則，本工序加工為三面同時鉆孔，加工工序集中，采用“三平面”定位方法，能夠保證工件的鉆孔的位置精度要求，同時便于工件裝夾，又有利于夾具的設(shè)計與制造。
該方案定位原理：選底面為定位基準面，用定位塊與底面接觸，限制了三個自由度，后面用一圓形定位銷定位，左側(cè)面使用擋銷，右側(cè)使用氣缸進行輔助定位，通過這樣完全限制了六個自由度，達到了定位要求。
3.2.3導向裝置
導向裝置的作用在于保證刀具對于工件的正確位置；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。
ZH1105柴油機機體的三面鉆孔組合機床的導向裝置設(shè)計在夾具支架上的，由于是大批生產(chǎn)，所以采用可換式導套，是絲錐在導套內(nèi)工作的。
ZH1105柴油機氣缸體三面鉆孔組合機床鉆孔的三個端面時是在精密的導套中進行的，因此要求較高的位置精度，通?？蛇_±0.01，而且應(yīng)與導套盡量接近與加工表面，力求選用較高的精度和較緊的配合。導套結(jié)構(gòu)如圖3-2所示
圖3-2 導套結(jié)構(gòu)圖
導套的尺寸可查文獻[2]第275頁的表8-4：
對于鉆直徑6.7孔，選擇的導套尺寸為：
，，，。
配合尺寸為：
,
配用的螺釘M6
對于鉆直徑8.4的孔，選擇的導套尺寸為：
，，，。
配合尺寸為：
,
配用的螺釘M6
對于鉆直徑10的孔，選擇的導套尺寸為：
,,，。
配合尺寸為：
,
配用的螺釘M8
對于鉆直徑4.9的孔，選擇的導套尺寸為：
,,，。
配用的螺釘M6
3.2.4 校核加工精度
工件在夾具中加工時，總加工誤差為上述各項誤差之和。由于上述誤差均為獨立隨機誤差，應(yīng)用概率法相加，因此，保證工件加工精度的條件為：
即工件總加工誤差應(yīng)不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夾具完全可以保證加工精度。
為保證夾具有一定的使用壽命，防止夾具因磨損而過早報廢，在分析計算工件加工精度時需留出一定精度儲備量，因此將上式改為：
≤－
得， =－
當≥0時夾具能滿足加工要求，根據(jù)以上得：
=－=0.40-0.331=0.069≥0
所以夾具完全可以滿足加工所要的要求。
3.3 夾緊方案的確定
3.3.1 夾緊裝置的確定
a．夾緊裝置的組成
本設(shè)計中夾緊裝置采用液壓夾緊裝置，由液壓裝置、夾緊元件兩部分組成。其組成部分的相互關(guān)系，如圖3-5的方框圖所示：
工件
夾緊元件
液壓裝置
液壓
夾緊裝置
圖3-5 夾緊裝置組成的方框圖
b．夾緊裝置設(shè)計的基本要求
a）夾緊過程中，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，既要保證工件在整個加工過程中位置穩(wěn)定不變，振動小，又要使工件不產(chǎn)生于過大的夾緊變形。
c）夾緊裝置的自動化和復雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相
適應(yīng)，在保證生產(chǎn)率的前提下，其結(jié)構(gòu)要力求簡單，以便于制造和維修。
d）夾緊裝置的操作應(yīng)當方便、安全、省力。
c．夾緊裝置的選擇
通常應(yīng)用的夾緊裝置有機械裝置和液壓裝置兩種，各有其優(yōu)越性，要根據(jù)實際情況來選擇用哪種裝置。
通過對以上兩種夾緊裝置優(yōu)缺點的比較，結(jié)合加工工件的精度要求、工人的勞動強度和環(huán)境要求、企業(yè)的實際情況，本設(shè)計中夾緊裝置采用液壓夾緊裝置。
3.3.2 夾緊方案論證
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
a)夾緊力的作用點應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)。
b)夾緊力的作用點應(yīng)選在工件剛度較高的部位。
c)夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近加工表面。
以下是兩個夾緊方案：
方案一：采用槽型壓塊夾壓工件的正面，壓板壓于工件的側(cè)面，利用摩檫力夾緊工件。
方案二：采用機械夾緊裝置安裝于夾具右側(cè)，壓板壓于工件的側(cè)面，利用摩擦力夾緊工件。
在方案二中，機械夾緊裝置安裝在右側(cè)，不利于工件的安裝。由于工件形狀的輪廓的限制，故采用壓板壓住工件的側(cè)面，壓塊壓住工件的正面。因此，方案一最為合適，它也是一種常用的夾壓方式，簡單可靠。
3.3.3 夾緊力的確定
夾緊力的預算：
根據(jù)工件所受切削力、夾緊力的作用情況，找出加工過程中對夾緊最不利的狀態(tài)，來確定夾緊力。
根據(jù)文獻[4]的187頁查得夾緊力Q的計算公式如下
（2-4）
式中 ——安全系數(shù)；
——切削力；
——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)。
根據(jù)文獻[4]的187頁的表2.2-1查得安全系數(shù)按下式計算
收藏