柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计

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1、 1 柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计 摘要:本课题设计一台粗铣柴油机气缸体两侧面的组合铣床,主要完成组合铣床的总体设计及其夹具的设计。根据柴油机气缸体的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度及生产率等要求，确定该机床为单工位卧式组合机床；考虑工件尺寸精度，表面粗糙度，切屑的排除及生产率等因素，选用硬质合金不重磨式面铣刀；根据工件的尺寸、特点及其材料选择切削用量；然后,再经过切削用量来确定组合机床的通用部件；最后进行组合机床的总体设计。由于是粗铣柴油机气缸体两侧面,则夹具的设计采用“一面两销”定位,手动夹紧，一次装夹加工柴油机气缸体的两个侧面，保证了加工精度，提高了生产效率；根据

2、工作将受到切削力来计算夹紧力；再根据夹紧力来选择确定夹紧装置的专用部件。在设计之中，尽量选用通用件，减少了制造成本，增加了经济效益。通过本次设计可以达到效果是：所设计的组合铣床和夹具能满足其工作状态的质量要求,使用时安全可靠,易于维修。关键词：组合铣床；气缸体；铣刀；夹具 柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计 2 Abstract:This topic designs a thick mill diesel engine to be mad the cylinder body two sides the combination milling machines,Mainly compl

3、etes the design work of machine tool overall and the jig design.According to the request of construction features,processing spot,size precision,surface roughness and productivity that diesel engine air cylinder,sets the machine tool for single location horizontal type modular machine tool.Considere

4、d to the factor of the size precision,surface roughness,scrap removes and productivity and so on of the work piece,selects the Hard alloy not grind type surface milling cutter.According to work piece size,characteristic and its material choice cutting specifications;Because of the thick mill diesel

5、engine cylinder body two sides,then the jig design use two sells the localization at the same time,Manual clamps,an attire clamps processes the diesel engine to be mad the cylinder body two sides;according to will work receives the cutting force to calculate clamps the strength;again according to cl

6、amps the strength,choose the determination clamp the special-purpose part.During the design,the standard parts are selected as far as possible,to reduced the production cost,increased the economic efficiency.This design may achieve the effects as fowllows:the modular milling machine and the jig can

7、satisfy its the quality requirement at working status,its safe,and easy to service.Key word:the modular milling machine;air cylinder;milling cutter;jig 3 目 录 1 前 言 1 2 总 体 方 案 论 证 3 2 1 工 艺 方 案 设 计 3 2 2 加 工 设 备 方 案 选 择 3 2 3 确 定 机 床 的 总 体 布 局 4 3 切 削 用 量 的 选 择 和 计 算 5 3 1 切 削 刀 具 选 择 5 3 2 切 削 用 量

8、的 选 择 5 3 3 确 定 切 削 力，切 削 转 矩，切 削 功 率 6 4 组 合 机 床 通 用 设 备 的 选 择 7 4 1 进 给 动 力 部 件 选 择 7 4 2 主 运 动 动 力 部 件 选 择 8 4 3 通 用 主 轴 部 件 选 择 8 5 组 合 机 床 总 体 10 5 1 被 加 工 零 件 工 序 图 10 5 2 加 工 示 意 图 11 5 3 机 床 总 联 系 尺 寸 图 12 5 4 机 床 生 产 率 计 算 卡 13 6 夹 具 设 计 15 6 1 定 位 误 差 分 析 计 算 15 6 2 夹 紧 装 置 设 计 16 6 3 夹 紧

9、力 的 计 算 16 6 4 夹 具 零 部 件 的 设 计 18 7 结 论 23 参 考 文 献 24 致 谢 25 柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计 4 1 前言 组合机床是根据工件加工要求，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床的设计，有以下两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计。其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人总结自己生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业的在完成一定工艺范围的组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合机床

10、”。这种组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。组合机床是一种专用高效自动化技术装备，目前，由于它仍是大批量机械产品实现高效，高质量和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用于汽车，拖拉机，内燃机和压缩机等许多工业生产领域。其中，特别是汽车工业，是组合机床和自动线最大的用户。如德国打众汽车厂在 Salzgitter 的发动机工厂，90 年代初所采用的金属切削机床主要是自动线(60%)，组合机床(20%)，加工中心(20%)。显然，在大批量生产的机械工业部门，大量

11、采用的设备是组合机床和自动线。因此，组合机床的应用在很大程度上决定了这些部门的生产效率及产品质量，也很大程度上决定了企业产品的竞争力。特别是近 20 年来，随着组合机床的发展，作为组合机床主要用户的汽车和内燃机等行业也有很大的变化，起产品市场寿命不断缩短，品种日益增多且质量不断提高。这些因素同时也有力地推动和激励了组合机床的不断发展。组合机床的发展主要有以下2 点:(1)组合机床品种的发展；(2)组合机床柔性化的发展。随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。据国际生产研究协会的统计表明，目前中，小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 8

12、5%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈的竞争。然而，一般企业仍习惯于大采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约隔4 年就要更新 80%左右的专用夹具，面夹具的实际磨损量仅为 15%左右。特别是近年来，数控机床（NC），加工中心（MC），成组技术（GT），柔性制造系统（FMS）等新技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：a.能迅速面方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。b.能装夹一组具有相似性特征的工件。c.适用于精密加工的高精度机床夹具。d.适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。e.采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步

13、提高劳动生产率。5 f.提高机床夹的标准化程度。现代机床夹具的发展方向主要表现在以下几个方面：a.精密化 b.高效化 c.柔性化 d.标准化 本次毕业设计的课题是柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计。根据柴油机气缸体两侧面的位置、加工精度等主要的设计原始数据，设计出技术上先进，经济上合理和工作上可靠的双面粗铣的组合机床。而组合机床夹具是给合机床的重要组成部分,用于实现对被加工零件的准确定位,夹压,对刀具的导向以及装卸工件时的限位等。组合机床的加工精度基本上是由夹具来保证的,因此它与一般机床夹具不同。本次设计的组合机床夹具主要对柴油机气缸体两端面的粗铣，因此采用面两销定位方式,即利用零件

14、上的一个平面和该平面上的两个孔作为定位基准。一个孔插圆柱销,另一个孔插菱形销。这种定位方法保证了理论上的六点定定位原则(平面上三个点,圆柱销两个点和菱形销一个点)。课题来源于江苏恒力机械有限公司。要设计出这种组合机床，要先对柴油机气缸体结构进行工艺性分析,确定整体的设计方案，提出一到两种可行性比较高的初步设计方案；根据目前所提供的工况条件，每天的工作时间、强度等对初步设计方案进行论证，最后根据论证结果选择最合适的设计方案；再进行组合机床方案图样文件设计：被加工零件加工工序图，加工示意图，机床联系尺寸图以及生产率计算卡。依据总体方案中“三图一卡”内容和夹具的一些设计规律和要求，确定夹具的总体结构

15、。本次设计的组合机床能同时粗铣柴油机气缸体的两侧面，大大提高了生产效率，降低了劳动强度，从而降低了零件的加工成本。柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计 6 2 总体方案论证 设计的机床要满足加工要求、保证加工精度；尽可能选用通用件、以降低成本。因此根据上述要求和柴油机气缸体的加工特点来确定设计方案。2.1 工艺方案设计 工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步。组合机床的总体设计要注重工件及其加工的工艺分析，只有制定出先进合理的工艺方案,才能设计出先进合理的组合机床。根据指定的加工要求,提出若干个工艺方案,择其佳者。工艺方案确定了,组合机床的结构、性能、运动、传动、布局等一系列问题也就解

16、决了。所以，工艺方案设计是组合机床设计的重要环节。而且工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。因此，必须认真分析被加工零件图纸,深入了解被加工零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求及生产率要求等一些因素。拟定组合机床工艺方案的一般步骤如下:a.分析,研究加工要求和现场工艺，在制订组合机床工艺方案时，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途及其结构特点、加工部位及其精度、表面粗糙度、技术要求及生产纲领；其次深入现场调查分析零件的加工工艺方法、定位夹紧方式、所采用的设备、刀具及切用量、生产率情况等。b.定位基准和夹压部位的选择组合机床一般为工序集中的多刀加工

17、,不但切削负荷大，而且工件受力方面变化。因此，正确选择定位基准和夹压部位是保证加工精度的重要条件。本道工序主要是加工毛坯,因此,还要对毛坯基准选择考虑有关工序加工余量的均匀性。定位夹压部位的选择应在有足够的夹紧力下工件产生的变形最小，并且夹具易于设置导向和能过刀具。本道工序:粗铣柴油机气缸体两侧面。2.2 加工设备方案选择 在机械制造业中，金属切削机床占机械设备总台数的50%70%，它负担的工作量约占一半左右，其中有30%50%的工作量是由组合机床来完成的，同时，机械加工方法是机电产品及零部件生产的主要方法，且机械加工质量又是提高整个产品质量的关键。因此，组合机床的开发、设计，是机械制造行业一

18、项非常重要的工作。组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床，具有如下特点：a.生产率高；b.加工精度稳定；c.研制周期快，便于设计、制造和使用、维护；d.自动化程度高，劳动强度低；e.配置灵活，可按工件或工序要求灵活组成机床自动线，易于改装，产品或工 7 艺变化时，通用部件还可以重复利用；f.使用稳定，结构紧凑，机床费用低。由于被加工零件已定型，生产批量较大，加工要求较高，所以必须采用组合机床来进行生产，同时，又是针对双面加工。因此，采用组合机床来进行加工是较适宜、理想的生产方案。2.3 确定机床总体布局 根据上述确定的加工工艺方案，按照工序集中

19、程度和生产批量大小，机床总体布局主要有如下配制型式：a.多工位组合机床 多工位组合机床：主要用于中、小零件加工。生产占地面积大，但生产率高。这种方式若配合工作台的移动和精确定位，可以组成组合机床自动线，则自动化程度和生产率均很高。b.单工位组合机床 各种型式的单工位组合机床，通常可安装一个工件，特别适宜于大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这类机床可分为单面、多面及复合式。这种方式组成灵活，结构简单，由于单工位加工，其机动时间与辅助时间不能重合，因而生产率比多工位机床低。根据以上所述,柴油机气缸体的结构是比较规则的长方体，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，采用卧式组合机床

20、加平面，有利于排屑，也减轻了工人的劳动强度。且柴油机气缸体属于中型加工零件，在本次设计中，铣平面工序是主要工序内容。因此为了保证铣平面的加工精度和结合被加工零件加工特点，卧式单工位组合机床是较好的选择。卧式单工位组合机床又可分为卧式单面组合机床，卧式多面组合机床等。若采用卧式单面组合机床，加工两端面需经过两次装夹，增加辅助时间，成本高，生产效率低，工人劳动强度大。因此，采用卧式双面组合机床是合理的选择。其特点：工件安装在夹具里，工件和夹具装在铣削工作台上，刀具相对固定，铣削工作台实现进给运动。生产占地面积小，加工精度高。柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计 8 3 切削用量的选择和计算

21、 3.1 切削刀具的选择 在生产线上,由于铣削平面的走刀长度一般比孔加工的走刀长度长的多,因此,铣削工序通常是限制性工序。为了提高切削用量应采用硬质合金不重磨式面铣刀。由参考文献4，粗齿中齿细齿面铣刀刀片材料为YG6(铣铸铁)及YT14(铣钢)，密齿面铣刀刀片材料为YG6，铣铝合金面铣刀刀片材料为YT14。由于本件的材料是铸铁，因此选用刀片材料为YG6，又因为本道工序是粗铣,粗糙度要求不高,选中齿铣刀。齿数选择由参考文献4表 2-8，得中齿铣刀的齿数为34。所以，设计的组合铣床选择的刀具为：硬质合金不重磨式中齿面铣刀，材料为YG6，齿数为34。3.2 切削用量的选择 在组合机床工艺方案确定过程

22、中，工艺方法和切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度，生产率，刀具耐用度，机床的结构形式及工作可靠性均有较大的影响。A.组合机床切削用量的选择特点:a.在大多情况下，组合机床为多轴、多刀、多面同时切削，因此，切削用量比一般万能机床单刀加工低30%左右。b.组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给，由于多轴箱上同时工作的刀具种类不同且直径大小不同，其切削用量也各有特点。因此，一般先按各刀具选择较合理的切削速度v(m/min)和每转进给量f(mm/r),再根据其中工作时间最长，负荷最重，刃磨较困难的刀具来确定并调整每转进给量和转速，通常用试凑法来满足每分钟进给量相同的要求。参照1 即 fiivfn

23、fnfnfn 332211 c.在选择切削用量时要注意既要保证生产批量要求，又要保证刀具一定的耐用度。d.选择切削用量时，还须考虑可选动力滑台的性能。B.组合机床切削用量选择方法 从实际出发，根据加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理的选择切削用量。本次设计中，采用查表法选择加工柴油机气缸体孔的切削用量。由参考文献1表 6-18,查得，每齿进给量fz=0.2mm/z 切削速度vc=75m/min n=dv1000=51214.3751000=47r/min （3-1）9 进给速度vf=fn=fzzn （3-2）=0.2 34 47=320mm/mi

24、n 3.3 确定切削力、切削转矩、切削功率 根据选择的切削用量，确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其他传动件的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电机功率。切削功率选择:由 vc=75m/min，工件材料:铸铁HBS250，ap=4mm，fz=0.2mm/z，vf=320mm/min，由参考文献4表 3.24，得pc=15.9KW 电动机选择：由pc=15.9KW，由参考文献9表20-3 得，电动机型号：Y180L-6 同步转速：1000r/min，满载转速：975r/min，P电机=18.5KW 铣削切削力的计算 由参考文献10表 1-2-9,P

25、=490 t1.0 Sz0.74 D-1.0 B0.90 z （3-3）式中 P-铣削力(N)；t-铣削削深度(mm)；Sz-每齿进给量(mm/z)；D-铣刀直径(mm)；B-铣削宽度(mm)；z-铣刀的齿数。由前面计算的切削用量得，t=4mm；Sz=0.2mm/z；D=512mm；B=425mm；z=34。将上述数值代入式（3-3）得 P=490 t1.0 Sz0.74 D-1.0 B0.90 z=490 41.0 0.20.74 512-1.0 4250.90 34=9398.1(N)柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计 10 4 组合机床通用部件的选择 通用部件是按标准化、系列化

26、、通用化原则设计制造的组合机床基础部件。我国通用部件不仅具有完整的国家标准，并已贯彻了国际标准，许多标准与国际标准等效。通用部件按其尺寸大小，可分为大型和小型通用部件；按驱动和控制方式的不同，可分为机械驱动、液压驱动、风动或数控通用部件；按单机和自动线的不同，可分为组合机床和组合机床自动线通用部件；按其功能不同，可分为动力部件、支承部件、控制部件、辅助部件。4 1 进给动力部件选择 进给动力部件主要为刀具或工件提供进给运动。最新动力部件共有液压滑台、机械滑台、数控滑台、长台面液压滑台、十字滑台、铣削工作台、回转盘等九个品种。对于组合铣床来说，进给动力部件主要是铣削工作台，其上通常安装夹具或工件

27、。铣削工作台与1TX 系列铣削头，1XS 系列床身组成铣削组合机床，可用于大走刀强力铣削和高效高精度铣削。由于待加工的工件的外形尺寸，由参考文献2表7.9 选取1XG63型铣削工作台，铣削工作台的联系尺寸如下表4-1:表 4-1 铣削工作台联系尺寸 型号 B A（台长）C（行程）L L1 B1 L2 1XG63型 630 1600 1600 3180 584 808 888 由表7.8 查得，1XG63型铣削工作台与传动装置配套及其性能如下表：表 4-2 1XG63型铣削工作台与传动装置配套及其性能 型号 传动装置 快进功率(kW)快进速度(m/min)工进功率(kW)工进速度(mm/min)

28、许用切削功率(kW)1XG63 F41 4 9.2 3 200-2500 37 1XG 铣削工作台还具有以下特点：a.刚性好 导轨与底座铸成一体，底座采用封闭式的箱体结构，采用“米”字形斜肋等，大大提高其结构刚性。采用一个V 形导轨和一个平导轨导向，通常铣削力压向导轨面。这种导轨可以提高导向精度和导向刚度，从而保证机床加工精度，提高机床的切削抗振性。例如1XG63 铣削工作台，大走刀强力铣削功率达到40KW，仍能保证切削平稳。b.精度高 由于结构刚性好，可以使导轨达到较高的加工精度，并且工作台台面较长，以是V 形导轨导向，从而保证机床的加工粗度，接近平面磨床的水平。c.生产率高 从性能表可以看

29、出，最大进给速度为2500mm/min。实践证明：当进 11 给速度为2080mm/min 时，进行大走刀强力铣削和高效高精度铣削，切削性能良好。传动效率高 采用双螺母可调隙的滚珠丝杠，传动效率比滑动丝杠高一倍，节能效果显著。另外由于间隙可调，可保证切削平稳。4 2 主运动动力部件选择 主运动部件用来实现组合机床的主运动切削运动。它安在滑台或其他进给部件的结合面上，通常主轴部件（或多轴箱专用部件）和主运动驱动装置组成的。4.2.1 主运动驱动装置 主运动驱动装置主要有两大类：一类是与通用主轴部件配套使用的主运动传动装置；另一类是与多轴箱(专用部件)相配的动力箱。由于1NG 系列主运动装置具有通

30、用化程度高,选配灵活,便于生产管理等优点.因此本组合机床采用的是：1NG 系列主运动传动装置。它的联系尺寸符合JB3557-83标准。1NG 系列主运动传动装置主要有1Nga、1NGb、1NGc、1NGd等四种,特点与用途如下：a 1Nga型带传动装置 它采用聚氨脂同步齿形带传动及交换带轮方式变速，具有传动平稳、噪声小、传动准确及传动效率高等优点。适用于转速要求高的场合，如与镗销头配套,适宜对各种工件的半精镗和精镗。b 1NGb型顶置式齿轮传动装置 它适用于中，低速加工场合，如卧式配置时的粗、精镗孔。一般适用于卧式配置。c 1NGc型尾置式齿轮传动装置 它适用于中、低速加工，不经常变速的场合，

31、一般配置成立式机床。d 1NGd型手柄变速传动装置 它采用手柄操纵滑移齿轮变速，适用于经常变速场合，一般组成卧式配置的给合机床，加工小批量生产，多品种零件，如粗、精镗孔。由于本组合铣床采用卧式配置形式，因此选用第二种类型1NGb型顶置式齿轮传动装置。1NGb型顶置式齿轮传动装置结构大体为:通用主轴部件的主轴尾部伸入到传动装置的空心轴V 内，以花键连接。传动装置以轴V 左端法兰的外圆与主轴部件壳体尾端的内止口配合定位，用四个螺钉紧固.旋转运动由电动机轴1 经联轴器，轴 2、3、4、5 及其上的齿轮传动主轴。根据2、3 轴间的齿轮传动比的不同配置，1NGb型传动装置分为A(低速级)和 B 型(高速

32、级)，每组又可通过3、4 轴间齿轮的不同，得到8级转速。润滑泵由轴2 通过一对齿轮传动，对传动装置中的传动件及轴承进行润滑。4.3 通用主轴部件选择 主轴部件又称单轴头或工艺切削头，其端部安装刀，尾部连接传动装置就可进行切削，如进行铣削，镗削，钻削及攻螺纹等加工工序。每种主轴部件均采用刚性主轴结构。在加工时，刀杆（或刀具）一般不需要导向装置，加工精度主要由主轴柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计 12 部件本身以及滑台（或工作台）的精度来保证。主轴部件与相应规格的主运动传动装置（跨系列）配套使用。主轴部件配上传动装置安装在动力滑台上，可以组成立式或卧式组合机床。这类机床不设导向装置，夹

33、具结构较简单，机床配置灵活。主轴部件种类较多，对于组合铣床来说，主要采用 1TX 系列铣削头。1TX 系列铣削头与 1XG 系列铣削工作台等进给动力部件配套，可组成各种类型的铣削组合机床。由切削功率 pc=15.9KW，由参考文献1表 5-13，选型号 1TX50。1TX50 铣削头主轴端部尺寸如下表：表 4-4 1TX50 铣削头主轴端部尺寸 型号 d(h5)d1 d2 d3 d4 D0.3 b(h5)l1 l2 1TX50 221.44 107.95 M24 M30 M20 117.8 25.4 119 45 1TX50 铣削头主要性能及参数如下表：表 4-5 1TX50 铣削头主要性能及

34、参数 型号 b1 L1 d L2 b2 d1 h 功率(kw)1TX50 500 800 221.44 200 450 M16 250 15;18.5;22 由于所设计的组合铣床选用顶置式齿轮传动,所以铣削头联系尺寸如下表：表 4-6 铣削头联系尺寸 型号 B B1 B2 L L1 L2 L3 L4 L5 H H1 H2 H3 1TX50 500 450 470 800 200 275 126 665 94 250 468 911 500 13 5 组合机床总体设计 组合机床总体设计,通常是根据与用户签订的合同和技术协议书，针对具体加工零件，拟订工艺和结构方案，并进行方案图样和有关技术文件设计

35、。并且在选取定加工方法和机床总体布局结构的基础上绘制组合机床“三图一卡”。其内容包括：绘制被加工零件工序图，机床联系尺寸图和进行机床生产率的计算。绘制给合机床三图一卡，就是针对具体零件，在先定的工艺和结构方案的基础上，进行总体方案图样文件设计.其内容包括：绘制被加工零件工序图加工示意图机床联系尺寸总图和编制生产效率计算卡等。5.1 被加工零件工序图 本次设计的组合机床主要对柴油机气缸体两端面的粗铣。因此采用一面两销定位方式，即利用零件上的一个平面和该平面上的两个孔作为定位基准。一个孔插圆柱销，另一个孔插菱形销。这种定位方法保证了理论上的六点定定位原则(平面上三个点,圆柱销两个点和菱形销一个点)

36、，但是在实践中，在大多数情况下，工件的一个平面，在夹具中不是支承在三个点上，而是支承在四个或者更多一些的支承点上，有时放在两条长的支承板上，这样可以提高“机床-夹具-刀具-工件”系统的刚性，避免夹压力和切削力超出支承点，引起工件的弹性变形，这种变形不仅影响加工精度，还会引起振动,严重时造成刀具的折断。A.由于本次的加工的工序是要加工好柴油机气缸体顶底面的情况下进行的，因此被加工零件的顶,底面是较光滑的，因此采用柴油机气缸体的下底面作为定位基准，再在该面钻两个销孔，这样就保证了理论上的六立点定位原则。零件的顶面上在用四块压板夹紧，因此,夹具的初步设计就确定了。a.被加工零件图是在用户提供的产品图

37、样的基础上，选定的工艺方案，定本机床的加工内容，加上必要的说明而绘制的，它是组合机床设计的主要依据，也是制造使用检验和调整机床的重要技术文件。它的要求如下：b.被加工零件的形状和主要轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构开头及尺寸。c.加工用定位基准夹压部位及夹压方向，以便依次进行夹具定位支承夹紧导向装置的设计。d.本道工序加工部位的尺寸精度表面粗糙度形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求。e.要有必要的文字说明。本组合机床以柴油机气缸体为加工对象进行设计，对工序图简要说明及与本机床B.设计有关的技术指标如下：a.定位方法：采用一面两销定位方式，即利用柴油机气缸体底面和

38、该平面上的两个孔作为定位基准。一个孔插圆柱销，另一个孔插菱形销；b.零件材料：HT250；柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计 14 c.硬度：187255HBS；d.方框内尺寸及相应粗糙度为本机床所保证，其余尺寸及相应光洁度为前序保证；e.单边加工余量：4mm。本气缸体的被加工零件工序图如下：图 5-1 被加工零件工序图 5.2 加工示意图 零件的加工方案要通过加工示意图反映出来，加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程工件夹具刀具等机床各部件间的相对位置关系。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图样之一。在总体设计中占据重要地位。其主要内容为：a.反映机床的加工方法,切削用量及工

39、作循环。b.决定刀具类型数量结构尺寸。c.决定主轴的结构类型，规格尺寸及外伸长度。d.选择标准或设计专用的接杆，浮动卡头，导向装置，刀杆托架等。e.标明主轴接杆夹具与工件之间的联系尺寸,配合及精度。加工示意图的画法如下：a.加工示意图的绘制顺序是：先按比例用细实线绘出工作加工部位和局部结构的展开图。加工表面用粗实线画。为简化设计，相同加工部位的加工示意图只需表示其中之一，亦即同一多轴箱上结构尺寸相同的主轴可只画一根。b.一般情况下，在加工示意图上，主轴分布可不按真实距离绘制。c.主轴应从多轴箱端面画起。刀具应处于加工终了位置。标准的通用结构只画外轮廓，但需加注规格代号。本组合机床加工示意图如下

40、：15 图 5-2 机床加工示意图 5.3 机床总联系尺寸图 机床总联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，可用以检验：机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选择是否合适；并为进一步开展多轴箱，夹具等专用部件的设计提供依据。总联系尺寸图，它表示机床的配置型式及总体布局。A.绘制总联系尺寸图的要求：a.以适当数量的视图按同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相关位置，表明机床的配置型式及总体布局，主视图应与机床实际加工状态一致。b.图上应尽量减少不必要的线条及尺寸，但反映各部件的联系尺寸，专用部件的主要轮廓尺寸，运动部件的极限位置及行程尺寸，必须完整齐全，

41、至于各部件的详细结构不必画出，留在具体设计部件时完成。c.为便于开展部件设计,联系尺寸图上应标注通用部件的规格代号，电动机型号，功率及转速，并注明机床部件的分组情况及总行程。确定机床的装料高度 H 装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。考虑刚度，结构要功能和使用要求等因素，新颁国家标准装料高度为 1060mm，与国际标准 ISO 一致。实际设计时常在 8501060 之间选取。由于铣削工作台高度为 700mm，夹具体高度为 220mm，支承板高度为 47.5mm，则装料高度为 H=700mm+220mm+47.5mm=967.5mm。确定侧床身 柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具

42、设计 16 侧床身为 XS10B 型号，其高度 H=950mm，宽度 B=470mm，长度 L=930mm。图 5-3 机床总联系尺寸图 5.4 机床生产率计算卡 根据加工示意图所确定的工作循环及切削用量等，就可以计算出机床生产率度编制生产率计算卡。组合机床生产率计算卡是按一定格式要求编制的，反映零件在机床上的加工过程，工作时间,机床生产率，机床负荷率的简明表格。它是用户验收机床生产效率的重要依据。a.理想生产率 Q 理想生产率 Q（单件为件/h）是指完成年生产纲领 A（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。它与全年工时总数 tk有关，一般情况下，单班制取 2350h,两班制取 4600h,则

43、 Q=ktA （5-1）有已知条件知，A=65000 件，tk=4600h 则 由式（5-1）得 Q=460065000=14.13（件）b.实际生产率 Q1 实际生产率（单位为件/h）是指所设计机床每小时实际可生产的零件数量。则 Q1=单T60 （5-2）式中，T单生产一个零件所需时间（min），可按下式计算：T单=t切+t辅=(11fvL+22fvL+t停)+（kfvLL快退快进+t移+t装卸）（5-3）式中 L1L2分别为刀具第第工作进给长度，单位为 mm；vf1vf2分别为刀具第第工作进给量，单位为 mm/min；t停当加工沉孔止口锪窝倒角光整表面时，滑台在死挡铁上的停留 17 时间，

44、通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 510 转所需的时间，单位为 min；L快进L快退分别为动力部件快进，快退行程长度，单位为 mm；vfk动力部件快行程速度。用机械动力部件时取 56m/min；用液压动力部件时取 310m/min；t移直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取 0。1min；t装卸工件装卸（包括定位或撤消定位夹紧或松开清理基面或切屑及吊运工件等）时间。它取决于装卸自动化程度工件重量大小装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取0.51.5min。由已知条件知，L1=320mm+250mm=570mm；vf1=320mm/min；t停=0；L快进=300mm；t移=0.1

45、min；L快退=320mm+822mm=1122mm；vfk=9.2m/min=9200mm/min；t移=0.1min；t装卸=1.5min。所以，由式（5-3）得，T单=320570+92001122300+0.1+1.5=3.53（min）则，由式（5-2）得，Q1=单T60=53.360=17（件/h）由于 Q1Q，即机床实际生产率满足理想生产率，则所选择的切削用量符合机床设计。c.机床负荷率 负 I 当 Q1Q，机床负荷率为二者之比。即 负=1QQ=1713.14=0.83 柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计 18 6 夹具设计 组合机床夹具是给合机床的重要组成部分，用于实

46、现对被加工零件的准确定位夹压对刀具的导向以及装卸工件时的限位等。组合机床的加工精度基本上是由夹具来保证的，因此它与一般机床夹具不同。组合机床夹具按结构特点，可以分为单工位夹具和多工位夹具两大类。单工位夹具是指工件在一个工位上完成加工工序的机床夹具。而多工位组合机床夹具是指工件需要在几个工位上顺序或平行顺序加工厂的机床夹具。按移位方法它又可分为：固定式多位夹具，回转夹具,移动工作台夹具和回转鼓轮夹具等。此外按操纵方式又可分为：手动定位夹紧的给合机床夹具和自动定夹紧的组合机床夹具。本次设计的夹具是单工位的，手动定位夹紧的夹具。组合机床夹具是根据被加工零件专门设计的，本次设计的夹具大致可分为三大部分

47、：工件的定位方法，工件的夹压装置的设计，和引导刀具的导向元件设计。6.1 定位误差分析计算 本工件按一面两销定位后，工件在夹具中的位置就已被确定，然而由于某种原因，工件仍会产生定位误差。为了保证工件的加工精度，在定位设计时要仔细分析和研究定位误差。A.定位误差的定义 由定位引起的同一批工件的工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，称为定位误差，以D表示。定位误差研究的主要对象是工件的工序基准和定位基准。工序基准的变动量将影响工件的尺寸精度和位置精度。B.定位误差产生的原因 造成定位误差的原因是定位基准与工序基准不重合以及定位基准的位移误差两个方面。a.基准不重合误差B 由于定位基准与工序基准不重

48、合而造成的定位误差，称为基准不重合误差，B以表示。基准不重合误差的一般计算式为：B=nii1 （6-1）式中 i定位基准与工序间的尺寸链组成环的公差（mm）；b.基准位移误差Y 由于定位基准的误差或定位支承点的误差而造成的定位基准位移，即工件实际位置对确定位置的理想要素的误差，这种定位误差称为基准位移误差，以Y表示。基准位移误差的一般计算式为 Y=Xmax=D+d0+Xmin （6-2）19 式中 Xmax 定位最大配合间隙（mm）；D工件定位基准孔的直径公差（mm）；d0圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差（mm）；Xmin定位所需最小间隙，由设计时确定（mm）。C.定位误差计算 本工序尺寸582

49、 0.025mm，由于本工序定位基准与工序基准重合，所以，B=0 按式（6-2）计算得 Y=Xmax=D+d0+Xmin=0.027+0.009+0.5=0.536(mm)则定位误差为 D=Y=0.536mm 6.2 夹紧装置设计 在机械加工过程中，工作将受到切削力，离心力等外力的作用。为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持由定位元件确定的加工位置，而不致发生振动或多移，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，将工件可靠夹紧。由于本次待加工工件的形状是比较规则的，且精度要求不高，故采用螺旋夹紧机构就可以保证其精度。采用螺旋直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧工件的机构，统称为螺旋夹紧机构

50、。螺旋夹紧机构的特点：结构简单，夹紧可靠，通用性大，因此在机床夹具中得到广泛应用。缺点是夹紧和松开工件时比较费力。本次设计的夹紧装置是手动的，它的组成部分有：支承轴、螺杆、压板、压块及螺母等。6.3 夹紧力的计算 夹紧力的计算是设计夹具的关键，它的计算是验证所设计的机床夹具是否合理的保证。夹紧力计算方法一般为:a.了解所选用的夹紧机构；b.画出受力简图；c.运用力学知识分析、计算。夹紧机构如下图:柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计 20 图 6-1 夹紧机构简图 如图夹具体机构主要由压板、螺杆、支承轴等组成。它的受力简图如下:图 6-2 工件受力简图 W0=WklL01 （6-3）W

51、0单个螺旋夹紧产生的夹紧力(N)；WK切削力分力（N）；0除螺旋外机构的效率，其值为0.85-0.95。由前面所计算得，Wk=9398.1(N)由夹具总图知，L=300mm l=145mm Wk W0 l L 21 0取 0.9 则将上述数值代入式（6-1）得，W0=9398.11453009.01=21604.8(N)6.4 夹具零部件的设计 6.4.1 夹具体的设计 夹具体是夹具的基础件。在夹具本上，要安装组成该夹具所需要的各种元件，机构和装置。设计时应满足以下基本要求：a.应有足够的强度和刚度；b.结构简单，具有良好的工艺性；c.尺寸要稳定；d.便于排屑。A夹具体毛坯结构的选择 选择夹具

52、体毛坯结构时，应以结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。根据由参考文献8表 1-9-1，夹具体一般有三种结构：铸造结构、焊接结构、装配结构。由于本道工序是粗铣柴油机气缸体的两侧面，切削负荷大、振动大，且是批量生产的，所以选择铸造结构，它的主要特点是，可铸出复杂的结构形状、抗压强度大、抗振性好、易于加工，但制造周期长，易产生内应力，故应进行时效处理。B夹具体外形尺寸的确定 夹具制造属单件生产性质，为缩短设计和制造周期，减少设计和制造费用，所以夹具体设计，一般不作复杂的计算。通常都是参考类似的夹具结构，按经验类比法估计确定。如下表6-1。表 6-1 夹具体结构

53、尺寸的经验数据 夹具体部位 经验数据 铸造结构 夹具体壁厚h 8 25mm 夹具体加强筋厚度(0.7 0.9)h 夹具体加强筋高度 不大于5h 按上表，取夹具体壁厚h=25mm 夹具体加强筋厚度为 0.7 25 0.9 25mm,即为17.5 22.5 mm.取厚度为20mm C夹具体高度的确定 根据前面的总体设计及机床联系尺寸图，夹具体的高度H=950+250-425/2-47.5=220mm 柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计 22 设计的夹具技术要求有以下几点：a.铸造彻底清砂；b.铸件需人工时效处理；c.铸件不得有砂眼、气孔、缩松、裂纹等；d.粗加工后需再次进行时效处理；e.

54、不加工表面涂底漆。夹具体的主要外形如下图：图 6-3 夹具体尺寸图 6.4.2 支座的设计 支座是夹紧装置与夹具体的桥梁。材料的选择，应以结构合理性，工艺性，经济性，标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。由于本次加工的工件外形较大，且切削负荷大、振动大，因此采用铸造结构，材料为 HT200。支座的平面图见附录7。6.4.3 支承板的设计 工件的基准平面经切削后，可直接放在平面上定位。经过刮削，磨削的平面具有较小的表面粗糙度值和平面度误差，且可获得较精确的定位。常用的定位元件有支承板和平头支承钉。这类是呈面接触的定位件。但是在实践中，在大多数情况下，工件的一个平面，在夹具中不是支承在三

55、个点上，而是支承在四个或者更多一些的支承点上，有时放在两条长的支承板上，这样可以提高“机床-夹具-刀具-工件”系统的刚性，避免夹压力和切削力超出支承点，引起工件的弹性变形，这种变形不仅影响加工精度，还会引起振动,严重时造成刀具的折断。因此本定位元采用支承板定位。23 支承板有两种类型，一种是光面支承板，用于垂直布置的场合；另外一种就是带斜槽的支承板，用于水平方向布置的定位中，其凹槽可防止细小切屑停留在定位面上。因此，选择带斜槽的支承板。又因为本次定位采用一面两销的定位方法，且工件的底面是不完整的，所以两孔加工在支承板上。因为支承板是定位元件，所以对支承板的表面粗糙度要求较高。所设计的支承板的表

56、面粗糙度达到6.3um。支承板设计的步骤如下：a.支承板的材料选用 45 钢；b.在支承板上加工三个孔，通过螺钉与夹具体连接；c.在支承板上加工两个定位销孔。支承板的主要结构如下图：图 6-4 支承板结构尺寸图 6.4.4 螺杆的设计 本次的螺杆设计采用两端加工螺纹，一端于支座连接，另一端穿过压板和螺母连接，并且中间有一圆柱压缩弹簧支承着压板。弹簧的作用是防止压板中间受力过大而弯曲变形。螺杆的螺杆的两螺纹端的尺寸为 M24，材料为 45 钢。螺杆的主要外表如下图：柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计 24 图 6-5 螺杆结构尺寸图 6.4.5 支承轴的设计 该轴主要起支承作用。设计采

57、用的材料为 45 钢，一端加工成螺纹与支座连接，别一端加工成球面支承着压板的未端，并且在零件装卸时可以在压板的斜槽内滑动。螺纹端的尺寸为 M24。支承轴的主要外形及尺寸如下图：图 6-6 支承轴结构尺寸图 6.4.6 压板的设计 压板的设计主要是为了压紧工件，压板设计的是否合理关系着所设计的夹具操作的方便。本着操作方便的原则，压板的设计采用如下的步骤：a.压板的一端加工成滑槽，该滑槽的未端由支承轴支承；b.压板的中间部分加工成通的全长孔，装卸时螺杆可以在里滑动。压板的主要形状及尺寸如下图:25 图 6-7 压板结构尺寸图 6.4.7 导向板的设计 导向板的设计主要为了安装工件时的导向作用。本次

58、设计的导向板有四块。相对的两块导向板与工件的距离为 2mm。导向板上加工有三个孔，通过螺钉与支座连接在一起。导向板相对工件的表面应较光滑，表面粗糙度达到 Ra3.2um。同时还要进行表面热处理。导向板的形状及尺寸如下图：图 6-9 导向板结构尺寸图 柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计 26 7 结论 本课题设计的组合机床采用一面两销定位、手动夹紧，一次性加工柴油机气缸体两侧面，保证了加工精度，提高了加工效率，减少了工人的劳动强度。而且在设计之中，尽量选用通用件，进一步减少了制造成本，从而增加了经济效益。所设计的组合机床能满足以下要求：a.机床应能满足加工要求，保证加工精度；b.机床应

59、运转平稳，工作可靠，结构简单；c.装卸方便，便于维修、调整；d.各动力头分别由电机拖动，可单独控制。27 参 考 文 献 1 谢家瀛.组合机床设计简明手册M.第一版.北京:机械工业出版社,1996.8 2 姚永明.非标准设备设计M.上海:上海交通大学出版社,1999.12 3 大连组合机床研究所编.组合机床设计（机械部分）M.第一版.机械工业出版社,1975.4 孟宪倚.组合机床及其调整与使用M.第一版.科学技术出版社,1987.5 艾兴、肖诗纲编.切削用量简明手册M.北京:机械工业出版社,1998.6 范云涨 陈兆年编.金属切削机床设计简明手册M.北京：机械工业出版社,1994.7 7 徐锦

60、康机械设计M.北京：机械工业出版社，2001.8 薛源顺.机床夹具设计M.北京：机械工业出版社.2000.11 9 徐灏.机械设计手册M.第二版.北京:机械工业出版社,2002.10 东北重型机械学院.洛阳工学院.第一汽车制造厂职工大学.机床夹具设计手册 M.上海：上海科学技术出版社，1988.4 柴油机气缸体两端面粗铣组合机床总体及夹具设计 28 致 谢 本次为期三个月的毕业设计已结束，这次毕业设计是我大学四年的最后一次作业，也是最后一次考试，之前几次课程设计累积的经验给了我很大的帮助。对于我来说，它不仅仅是毕业设计，更是一次实战演习，个人的孤军奋战是不行了，要注重团队合作精神。总的来说，在整个设计过程，我意识到了团队的重要性，作为一个整体，彼此间的协助合作很重要，这对于即将踏上工作岗位的我来说，无疑更具有意义和价值。在这次毕业设计期间,我得到了刘道标老师的悉心指导，同组同学的热心帮助，也在其他同学身上学到很多东西。在此，对设计过程中所有帮助过我的人，表示深深的谢意！本次设计任务业已顺利完成，但由于本人水平有限，且是第一次做这样的工作,缺乏经验，难免存在错误，在此恳请各位老师教导指正。