組合專機-氣缸蓋螺釘孔加工專機
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YD480氣缸蓋螺釘孔加工專機說明書
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分析
YD480柴油機由下列機構(gòu)和系統(tǒng)組成：
①機體和氣缸蓋；②曲柄連桿機構(gòu)；③供給系；④配氣機構(gòu)
⑤；點火系；⑥冷卻系；⑦潤滑系；⑧起動裝置。
氣缸蓋是柴油機重要大件之一，裝在氣缸體上部，用于密封氣缸的上平面。它與活塞頂共同形成燃燒室空間。氣缸蓋上通常裝有噴油器，進、排氣門，進、排氣管和搖臂軸總成等，以及進、排氣道，冷卻水套和油道布置在上面。
氣缸蓋的作用是密封氣缸，與活塞頂部一起組成燃燒室，因此承受很大的機械負(fù)荷和熱負(fù)荷。氣缸蓋中有進、排氣門及其氣道、火花塞或噴油器，對于非直噴柴油機來說還有渦流室或預(yù)燃室，對頂置凸輪內(nèi)燃機來說還有凸輪軸及其軸承等。為了保證燃燒室的可靠密封，氣缸蓋上螺栓孔的位置的布置應(yīng)合理，螺栓孔的加工精度要求應(yīng)高，否則無法密封氣缸，氣缸表面尚未工作就發(fā)生很大的變形，這樣，活塞環(huán)不能很好地工作，漏氣增加，氣缸磨損加劇，機油消耗大增。
氣缸蓋受到燃?xì)獾募訜岷蜌怏w的作用，會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，如剛度不足或使用不當(dāng)，就會產(chǎn)生變形甚至于開裂，引起漏氣和沖破氣缸墊的故障。
氣缸蓋與機體的連接是通過氣缸蓋螺栓孔用氣缸蓋螺栓連接的。氣缸蓋螺栓孔總共有10個，其中有兩個孔兼作位孔定，兩個定位孔在加工中心加工。另八個孔在此專機上加工。
組合機床方案的制定
1、根據(jù)被加工零件的：精度要求、加工工序內(nèi)容
由于所加工的孔直徑φ15，深90屬于深長孔，組合機床采用臥式，左右主軸箱先后從兩面加工。采用鉆削就可以達到所需要求。八個孔在一次鉆削中完成，這樣符合工序集中原則。
2、根據(jù)被加工零件的特點
根據(jù)被加工零件的形狀、結(jié)構(gòu)特點，以及近代機械加工主要發(fā)展方向中工序集中的原則，考慮設(shè)計組合機床，運用多刀(相同或不同刀具)集中在一臺機床上同時完成8個孔的加工，從而提高生產(chǎn)率。而且，提高了工序集中程度，減少機床臺數(shù)、占地面積、節(jié)省人力，取得理想的效益。本機床屬于同類型工序集中，簡化了循環(huán)和結(jié)構(gòu)這8個孔間有相對位置要求，工序集中，以獲得較高的位置精度，便于裝配。
3、根據(jù)零件的生產(chǎn)批量，確定機床的復(fù)雜程度、通用化程度；零件的結(jié)構(gòu)工藝性、加工精度、機床調(diào)整的可能性及經(jīng)濟性對配置都有不同的影響。為使工件在流水線上運輸方便，采用側(cè)面朝下的安裝方法，手動插銷、液壓夾緊工件的固定式夾具型式，不僅縮短安裝時間，而且提高了定位精度。這樣機床就選用臥式，夾具設(shè)計相對容易，切屑易排出，不影響加工精度。根據(jù)經(jīng)驗及類比，將刀具導(dǎo)向靠近工件，減少刀具與導(dǎo)向的間隙，提高主軸與導(dǎo)向的同軸度，能達到產(chǎn)品圖紙及工藝文件提出的工藝要求。
4、確定組合機床的配置型式
在確定機床配置型式時首先要考慮如何穩(wěn)定地保證零件的加工精度。影響加工精度的因素有夾具誤差和加工誤差兩方面。
夾具誤差：一般精加工的夾具公差為零件公差的1/3～1/5；粗加工時，夾具精度可略低，但不能太低。夾具型式也有影響。
由于YD480氣缸蓋的連接螺孔的加工屬于深孔加工，存在以下主要問題：
（1） 排屑困難 因切屑易阻塞使扭矩增大，造成個別鉆頭經(jīng)常折斷。
（2） 刀具冷卻困難 冷卻液不易進入加工空間，鉆頭嚴(yán)重發(fā)熱，使用壽命降低。
（3） 鉆孔軸線歪斜面 由于鉆頭細(xì)長，剛性差，特別是刃磨不對稱時，鉆孔更易偏斜。
針對YD480氣缸蓋的連接螺孔的具體情況，可采取從兩邊加工，既提高了效率，又解決了深長孔的加工問題。但存在加工直線性的誤差，解決此誤差的辦法是將夾具體導(dǎo)向孔的中心距公差提高到±0.008mm，同時工件定位孔之間公差達到±0.04；在鉆套、襯套加工時嚴(yán)格控制內(nèi)孔與外圓的同軸度，并之工件加工達到公差要求。
通過比較，確定選用臥式雙面加工的組合機床。選HY50A-Ⅰ液壓滑臺
多軸箱功率P=P切削+P空轉(zhuǎn)+P損失
P空轉(zhuǎn) ——空轉(zhuǎn)功率 （按《組合機床設(shè)計筒明手冊》中表4-6選取P空轉(zhuǎn)=8*0.045KW=0.36KW）
P損失——與負(fù)荷成正比的功率損失，一般可取傳遞功率的1/%
P損失=1/%* P切削=1/%*2.536=0.025KW
P==P切削+P空轉(zhuǎn)+P損失=2.536+0.36+0.025=2.921KW
故選YD50AY動力頭
電動機型號Y132M2-6
電動機功率5.5KW
電動機轉(zhuǎn)速n=960r/min
輸出軸轉(zhuǎn)速n=480r/m
5、切削用量的確定
由氣缸蓋零件圖可知：材料HT200，HB=170～240HBS或HT250, HB=187～255HBS加工孔徑D=15,采用高速鋼鉆頭進行加工,根據(jù)高速鋼鉆頭切削用量表可選取切削速度v=13m/s,f=0.22mm/r根據(jù)組合機床切削力、切削轉(zhuǎn)矩、切削轉(zhuǎn)矩的計算公式可計算每根主軸的切削力F、切削轉(zhuǎn)矩T及切削功率P
F=26Df0.8HB0.6
公式中HB=HBmax-1/3(HBmax-HBmin)=255-1/3(255-187)=232
F=26Df0.8HB0.6 =26*15*0.220.8*2320.6=3049N
T=10D1.9f0.8HB0.6=10*151.9*0.220.8*2320.6=13352N·m
P=TV/9740πD=13352*13/9740*3.14*15=0.436kw
8根主軸的總進給力8F=8*3049=24392N
8根主軸的切削功率8P=8*0.436=3.488KW
對功率進行正P總/0。8=3.488/0.8=4.36
多軸箱
6、動力部件的選用
HY50A-Ⅰ滑臺的最大進給力F=32000N
工藝方案的制定
一、被加工零件的分析：
根據(jù)被加工零件的精度要求、加工部位尺寸8-φ15、形狀、結(jié)構(gòu)特點、詳見氣缸蓋零件圖YD480-03101a。
材料：HT200 硬度：170～240
（或材料：HT250 硬度 ：187～255）
生產(chǎn)批量：大批量。
所加工的孔直徑φ15，深90屬于深長孔，其位置度為φ0.4,表面粗糙度Ra12.5,一次切削較難加工，也給排屑 帶動困難。所以此孔分兩個工步分別從兩面鉆削，使之接通。
二、對機床夾具的本要基求：
1、 穩(wěn)定地保證工件的加工精度；
2、 提高機械加工的勞動生產(chǎn)率；
3、 結(jié)構(gòu)簡單，有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和勞動條件；
4、 應(yīng)能降低工件的制造成本。
本專機用于加工八個氣缸蓋螺栓連接孔
三、工件的定位方案和夾緊部位選擇
工件上的八個孔為通孔,沿孔方向的自由度可不予限制.但實際上以工件底面定位時,必須限制該方向的自由度,故應(yīng)按完全定位設(shè)計夾具,并力求遵循基準(zhǔn)重合原則,以減少定位誤差對加工精度的影響.
定位方式著重考慮兩種方案.
方案一、
從考慮定位方便的觀點出發(fā)，以底面、一側(cè)面、一端面定位，其優(yōu)點是工件安裝方便，但違背了基準(zhǔn)重合和統(tǒng)一原則，不利于保證加工要求。
方案二、
從遵守基準(zhǔn)重合和統(tǒng)一原則的觀點出發(fā)，以底面、及底面上兩孔定位，其優(yōu)點是工件定位精度高，符合基準(zhǔn)重合和統(tǒng)一原則，有利于保證加工要求。但夾具結(jié)構(gòu)相對方案一要復(fù)雜些。。
根據(jù)YD480-03101a氣缸蓋機械加工工藝過程卡，可知機體氣缸蓋的加工情況,再考慮加工工藝基準(zhǔn)的一致性，決定工件側(cè)面朝下，以底面、底面上兩定位孔為基準(zhǔn)，夾緊頂面。保證基面與加工部位間的位置關(guān)系，使其利于加工精度，且工件不宜變形。
氣缸蓋上有許多孔需要加工，而且有些孔要求有較高的精度，它們分別在不同的工序中加工，又要在幾次安裝下進行。因此采用一面雙孔定位；采用一面雙孔定位具有以下特點：
a） 可以簡便地消除六個自基準(zhǔn)帶來的由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位；
b） 有同時加工零件五個表面化的可能性，既能高度集中工序，又有利于提高各表面的位置精度。
c） “一面雙孔”可做為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準(zhǔn)，使零件整個工藝過程基準(zhǔn)統(tǒng)一，從而減少由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差，有利于保證零件的加工精度。同時，使機床各工序的許多部件（如夾具）實現(xiàn)通用化，有利于縮短設(shè)計制造周期，降低成本。
d） 易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊并有利于防止切屑落于定位基面上。
總之,采用一面兩孔定位,符合定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合原則;這樣減少基準(zhǔn)不符的誤差,保證加工精度.同時能保證工件穩(wěn)定定位,采用已加工的大平面作為定位平面尤為重要;又符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則,在各臺機床上采用共同的基準(zhǔn)面來加工零件不同表面上的孔.
從保證加工要求和夾具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度兩方面進行綜合分析比較，按方案二設(shè)計夾具比較合理。
為了保證加工精度及技術(shù)要求，作為定位基準(zhǔn)的平面和銷孔必須規(guī)定相應(yīng)的尺寸精度、表面粗糙度及位置精度要求。工件二定位銷孔2-φ18，中心距400±0.015。定位孔的位置度φ0.08, 表面粗糙度Ra1.6,
保證規(guī)定加工精度實現(xiàn)的條件:
(1) 夾具的有關(guān)制造誤差(制造)
這個誤差主要包括夾具制造時的兩項誤差:確定刀具位置的元件和引導(dǎo)刀具的元件與定位元件間的位置誤差;定位元件與夾具安裝到機床上的安裝基面間的位置誤差.
(2) 夾具的安裝誤差(安裝)
即是夾具在機床上定位誤差.
(3) 加工誤差(加工)
指工件在切削過程中所產(chǎn)生的誤差.如機床的工作精度,刀具的磨損和跳動,刀具相對工件加工位置的調(diào)整誤差,以及工藝系統(tǒng)在加工過程中的彈性變形.
為了保證工件的加工精度,必須使上述所有誤差對工件的綜合影響,控制在工件所允許的公差δ工范圍之內(nèi),即:
=制造+安裝+加工≤δ工
為了使δ工合理分配到機械加工中產(chǎn)生的各個環(huán)節(jié),,通常在夾具設(shè)計時夾具上定位元件之間,定位元件與引導(dǎo)元件之間,以及其它相關(guān)尺寸和相互位置的公差,一般取工件上相應(yīng)公差的～,最常用的是～.因粗加工的δ工大,夾具上相應(yīng)的公差取小的比例.
制造≤δ工
如圖工件采用一面兩孔定位，若采用兩個圓柱銷定位時，常會產(chǎn)生過定位現(xiàn)象，即左銷套上工件后右銷很難同時套上。為了避免這種定位干涉，應(yīng)該將兩銷之一在聯(lián)線的垂直方向上削去兩邊。
1、 確定圓柱銷的定位直徑和偏差
定位孔的直徑2-φ18,為了減少工件的移動誤差，并考慮到定位銷制造時可能達到的精度，取圓柱銷的定位直徑與偏差為φ18（mm）
2、確定菱形銷的結(jié)構(gòu)的尺寸和偏差
菱形銷必須滿足中心偏差的補償量為:
2△Lg+2△Lx-△1=2×0.04+2×0.015- 0.006=0.104
根據(jù)算得銷的直徑為φ18；右邊削邊銷的寬度和直徑可計算，同時也可以采用查表法：根據(jù)華東地區(qū)大專院校試用教材《機械制造工藝學(xué)》表2-2,查得直徑為18的菱形銷的圓錐銷柱部分寬度b為4mm.
為了達到上面要求的0.104mmm的中心距的補償量,b和△2之間必須滿足下列關(guān)系:
△ 2 =
==0。011
求得△2以后,確定菱形銷圓柱部分直徑的尺寸及偏差,一般有兩種方法:
D2
從3~6
＞6~8
＞8~20
＞20~25
＞25~32
32~40＞
＞40~50
b
2
3
4
5
7
7
8
B
D2-0。5
D2-1
D2-2
D2-3
D2-4
D2-5
根據(jù)△2求出菱形銷圓柱部分定位直徑的最大極限尺寸為:
d2=D2-△2=18-0。011=17。989mm,此時算出的銷為最小尺寸即dmax=17。989，通常削邊銷的一般制造精度,取其直徑公差帶h6,則菱形銷圓柱部分定位直徑及其偏差為:
φ17.989mm,或φ18
四、定位誤差
a) 移位定位誤差
分析左端圓柱銷定位情況?？讖溅?8，公差δD1=0.02； 銷徑φ18，公差為δd1=0。009，最小間隙△1=0.10-0.094=0.006,這時銷與孔的最大間隙為:
1=△1+δD1+δd1=0.006+0.02+0.009=0.035<δ工=×0.4=0.1333;將使1將使一批工件孔的中心偏離銷的中心,其中心偏聽偏離誤差范圍,是以1為直徑的圓,圓心即為銷的中心。
b)轉(zhuǎn)角誤差
按菱形銷圓柱部分定位直徑尺寸為φ18mm來計算,
△θ=tg ()
=tg ()
=tg 0.00009625
△ θ=19.85″此時轉(zhuǎn)角誤差較小能滿足定位要求.
五、工件的夾緊：
工件在定位后，因加工中還要受到切削力、及工件自重等影響，將使工件產(chǎn)生移動或振動，破壞工件的正確定位，故必須用夾緊機構(gòu)，將工件固定在定元件上。為了改善勞動條件各提高生產(chǎn)率，在大批量生產(chǎn)中采用液壓動力裝置來代替人力夾緊。
1、夾緊方案通常需滿足以下要求：
⑴夾得穩(wěn)——夾緊時不能破壞工件穩(wěn)定的正確定位；夾緊機構(gòu)的動作應(yīng)平 穩(wěn)，有足夠的剛度和強度。夾緊力由頂面指向定位底面，符合夾得穩(wěn)要求。
⑵夾得牢——夾緊力要合適，過小易使工件離動或振動，過大易使工件變形或損傷，影響加工精度。此外，夾緊機構(gòu)要有自鎖作用，即原始力去除后工件仍能保證夾緊狀態(tài)而不松開。
⑶夾得快——夾緊機構(gòu)應(yīng)盡量簡單、緊湊、操作時安全省力，迅速方便，以減輕工人勞動強度，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率。
2、夾緊力的方向的確定：
⑴夾緊力的作用方向應(yīng)不破壞工件定位的準(zhǔn)確性，即夾緊力的方向朝向定位其準(zhǔn)，保證工件與定位元件可靠地接觸。故此方案夾緊力由頂面指向定位底面，符合夾得穩(wěn)要求。沒有破壞工件穩(wěn)定的正確定位。
⑵夾緊力方向應(yīng)使工件變形盡可能小。
⑶夾緊力方向應(yīng)使所需夾緊力盡可能小。
此方案采用雙面加工，左邊切削力向右，與夾緊力方向一致，這時所需的夾緊力最小，所以，左邊切削工件的深度可以適當(dāng)放大一點，右邊切削力向左，與夾緊力方向相反，右邊切削工件的深度可以適當(dāng)放小一點。
3、夾緊力的作用點的選擇
⑴ 夾緊力應(yīng)落在支承元件上或幾個支承元件所形成的支承面內(nèi)。
⑵夾緊力應(yīng)落在工件剛度較好的部位上。
⑶夾緊力應(yīng)盡量靠近加工面.
以上三點詳見具總圖，夾緊力落在支承元件上或幾個支承元件所形成的支夾承面內(nèi)。夾緊力應(yīng)落在工件剛度較好的部位上。夾緊力應(yīng)盡量靠近加工面，這三點基本滿足要求。
液壓夾緊用高壓油產(chǎn)生動力，工作原理及結(jié)構(gòu)與氣動夾緊相似。其共同的優(yōu)點是：操作簡單省力，動力迅速，使輔助時間大為減少。而液壓夾緊還另有一些優(yōu)點是：
⑴油壓可達600N/cm2以上，比氣壓高十幾倍。故油缸比汽缸尺寸小得多。
⑵油壓不可壓縮，故夾緊剛愎自用 性大，工作平穩(wěn)，夾緊木可靠。
⑶噪聲小，勞動條件好。
液壓夾緊特別適用于強力切削及加工大型工件時的多處夾緊
4、夾緊力大小確定：
F=26×D×f0。8×HB0。6
T=10×D1。9×f0。8×HB0。6
HB=187～255（HT250） 或 HB=170～240（HT200） D=15
取HB= HBmax-（HBmax- HBmin）
HB=255-（255-187）=232
取V=13m/min f=0.22mm/r
F=26×D×f0。8×HB0.6
=26×15×0.220。8×2320。6=3049(N)
T=10×151。9×0.220。8×2320。6=13352(N.mm)
F總= F×8=3049×8=24392(N)
P===0.436(KW)
對功率進行修正==0.545
加工孔數(shù)8個直徑都是15
P總=0.545×8=4.364
本工序采用T5057Ⅱ油缸提供壓力，然后再通過斜楔-滾柱增力機構(gòu)，如夾具總圖采用斜楔滾子的摩擦系數(shù)比平面之間的磨擦系數(shù)D/d倍，因而夾緊機構(gòu)獲得較大的夾緊力。
參照李慶濤主編的機械工業(yè)出版社出版《機床夾具設(shè)計》P83頁
W總=ip總Q總 W總= F總=24392(N)=2393.2Kg
W=K×W總
根據(jù)機床和夾具的某些特殊情況,還要乘以必須的的修正系數(shù)K.在通常情況下,取 K=1.5～2.5,
對夾緊力和切削力方向相反的情況下,取 K=2.5～3 此時,取K=3
W=K×W總=3×2393.2=7179.2
斜楔-滾柱增力機構(gòu)查表3-8ip1=2.9 然后還有一個杠桿機構(gòu)ip2=70/109=0.642
W= ip1。ip2.Q 總
由于此夾緊采用兩個油缸,所以Q總=2×Q
W= ip1。ip2.Q 總 7179.6=2.9×0.642×2×Q
Q=1928(Kg)
即活塞桿的作用力。參照下列油缸參數(shù)表：
根所需的油缸活塞桿作用力選取油缸為T5037ⅡA工作壓力為40(公斤力/平方厘米),I活塞桿的作用力是2012Kg力：
六、鉆套、鉆模板結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計：
為了適應(yīng)此鉆孔，采用可換鉆套，外帶襯套，其孔尺寸和公差查閱相關(guān)手冊；八個加工孔兩邊相距較遠，故采用固定式鉆模板，鉆模板上兩個定位銷導(dǎo)向孔之間以及各個鉆套之間的距離應(yīng)按工件的公差縮小，在設(shè)計夾具時還要保左鉆模板上的支承塊在同一平面上，帶肩套的端面應(yīng)與定位面平行，鉆套的軸線與定位面垂直。各加工孔的鉆套與定位孔之間應(yīng)有足夠的精度等。左右鉆模板對應(yīng)孔要有足夠的同軸度，在兩鉆模板之間用一個框架式的頂板在上面固定，兩個油缸安裝在頂板上.
綜上分析,本夾具能夠滿足生產(chǎn)要求,和精度要求.
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