1、2.1.3 定位基准的选择 42.2 确定切削用量及选择刀具 42.2.1 选择切削用量 42.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率 62.3 三图一卡设计 82.3.1 被加工零件工序图 82.3.2 加工示意图 82.3.3 机床联系尺寸图 112.3.4 机床生产率计算卡 133 组合机床夹具设计 153.1.1 零件的工艺性分析 153.1.2 夹具设计的基本要求 153.1.3 夹具总体结构构思 163.2 定位方案的确定 163.2.1 定位方案的论证 163.2.2 定位基准的选择 163.2.3 定位的实现方法 173.3 误差分析 173.3.1影响加工精度的因素 173.
2、3.2保证加工精度的条件 193.4 夹紧方案确定 193.4.1 夹紧装置的确定 193.4.2 夹紧力的确定 203.4.3 夹紧液压缸的选择 223.5 导向装置的选择 233.5.1 钻模套型式的选择和设计 233.5.2 钻模板的类型和设计 233.6 夹具体确定 244 结论 25参考文献 26致 谢 27附 录 281 前言组合机床以其独特的优点在机械设计中占有重要的地位，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的专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方法，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已标准化和系列化
3、，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用来组成自动生产线。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。在当今的发展趋势中，一台组合机床如果不能完成全部的工艺过程，这时往往把几台机床布置流水线，大大缩短了加工时间。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻
4、孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（）、数字控制（）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越
5、来越大。二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。组合机床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计，这是当前最普遍的做法。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，而且一些行业在完成一定工艺范围内组合机床是极其相似
6、的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合机床”。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。组合机床行业的产品技术现状与激烈竞争的市场以及与用户需求之间的差距是比较大的， 在市场经济的新形势下，切实解决存在的薄弱环节，完善售后服务体系，以求得行业企业的大发展，前景是美的。国内组合机床近几年取得了长足的进步，但是与发达国家相比，在产业结构、产品水平、开发能力、产业规模、制造技术水平、劳动生产率、国内外市场占有率等诸多方面尚存在不少差距。在组合机床方面，
7、总体水平不高，国际竞争力不强，不能充分满足国内建设需要，关键技术过分依赖国外，自主发展能力薄弱，高技能人才的比较优势有弱化的危险，产品质量不稳定，用户服务水平差距较大。本次设计的课题是柴油机气缸盖三面钻床总体及夹具设计。该课题来源于江淮动力集团。该集团生产的S195柴油机、ZH1105柴油机销路十分走俏，市场需求量大，畅销国内外市场。现在该集团迫切需要改善现有的生产条件，进行提高生产率、改善产品质量方面的技术改造，使产品的合格率上升，增加产量，适应市场竞争的需要，提高经济效益。 本设计主要针对原有的气缸盖左、右、后个面上7个孔同时加工、生产率低、位置精度误差大的问题而设计的，从而保证孔的位置精
8、度、提高生产效率，降低工人劳动强度。由于柴油机机体需大批量生产，为了提高加工精度，降低成本，有必要设计一种组合机床来满足柴油机机体三面同时钻孔的需要。本次设计分总体设计、夹具设计、左主轴箱设计、后与右轴箱设计三部分。我主要负责夹具部分的设计，总体设计由我和另外两位同学共同完成。在设计组合机床过程中，组合机床夹具的设计是整个组合机床设计工作的重要部分之一。虽然夹具零件的标准化程度高，使设计工作量大为减少，设计周期大为缩短，但在夹具设计过程中，在保证加工精度的前提下，如何综合考虑生产率、经济性和劳动条件等因素，还有一定的难度。设计该组合机床方案如下：仔细分析零件的特点，以确定零件合理可行的加工方法
9、（包括安排工序及工艺流程，确定工序中的工步数，选择加工的定位基准及夹压方案等），确定工序间加工余量，选择合适的切削用量，确定组合机床的配制形式；根据被加工零件的工艺要求确定刀具，再由刀具直径计算切削力，切削扭矩，切削功率，然后选择各通用部件，最后按装配关系组装成组合机床。本说明书以设计卧式三面钻螺纹底孔组合机床为主线，阐述了刀具的选择和夹具设计的过程。在第2章中着重介绍了组合机床的总体设计。在总体设计中，首先是被加工零件的工艺分析，然后是总体方案的论证，在比较了许多方案之后，结合本道工序加工的特点最终选择卧式双面的机床配置型式。再结合本道工序的特点选择刀具。根据选择的切削用量，计算刀具的切削力
10、、切削扭矩、切削功率等，再确定刀具的大小和型式。在确定这些设计计算后，然后是绘制组合机床的“三图一卡”被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。在第3章中，主要介绍了夹具的设计。夹具设计是组合机床设计中的一个重要的组成部分。2 组合机床总体设计2.1 总体方案论证2.1.1 加工对象工艺性的分析A.本机床被加工零件特点该加工零件为柴油机气缸盖。材料HT250，其硬度为HB190240，重量12Kg，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。B.本机床被加工零件的加工工序及加工精度本道工序：钻左面、右、后三面的孔，由本设备“气缸盖三面钻组合机床”完成，因此，本设备的主要功能是完
11、成柴油机机体左、右、后三个面上7个孔的加工。具体加工内容及加工精度是：a.钻左侧面上1个孔：钻G3/8放置螺塞底孔至15.2通孔，；b.钻右侧面（即进气道面上）：（完工尺寸为4M10-7H）螺纹底孔至8.5，深19，各孔位置度公差为0.03mm；c.钻后侧面（即排气道面上）：（完工尺寸为2所有螺孔的孔口90倒角至螺纹外径。2.1.2 机床配置型式的选择根据选定的工艺方案确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件的精度、技术要求及生产率，又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑、冷却、排屑情况良好。对同一个零件的加工，可能会有各
12、种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采取哪种方案时，绝不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种方案的对比，从中选择最佳方案。各种形式的单工位组合机床，具有固定式夹具，通常可安装一个工件，特别适用于大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这种机床可分为单面、多面复合式。利用多轴箱同时从几个方面对工件进行加工。但其机动时间不能与辅助时间重合，因而生产率比多工位机床低。机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输也都比较方便；而且，机床重心较低，有利于减小振动
13、。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。在认真分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案，又由组合机床的特点及适应性，确定设计的组合机床的配置型式为单工位卧式三面钻组合机床。2.1.3 定位基准的选择被加工零件为ZH1105柴油机机体体属箱体类零件，本工序加工为三面同时钻螺纹底孔，加工工序集中、精度要求高。由于箱体零件的定位方案一般有两种，“一面两孔”和“三平面”定位方法。A. “一面双孔”的定位方法 它的特点是：a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位；b.
14、有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度；c.“一面双孔”可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件的加工精度，同时，使机床各个工序（工位）的许多部件实现通用化，有利于缩短设计、制造周期，降低成本。d.易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切削落于定位基面上。B.“三平面”定位方法 它的特点是：b.有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序。一般情况下，“一面双孔”是最常用的定位方案，即零件在机床上放置的底面及底面上的两个孔作为定位基准，通过一个平面和两个定位销限制其六个自由
15、度。柴油机气缸盖质量较大，底面上孔的直径足够，定位销不会受力变形，宜选用“一面双孔”定位基准，所以初步拟定“一面双孔”定位方法，该定位方案限制的自由度叙述如下：本机床加工时采用的定位方式是一面双孔，以底面为定位基准面，限制一个自由度；两个孔限制五个自由度；为方便定位装夹在右侧有两个定位板，在后面用一个定位块，作辅助支承，其不限制自由度。这样工件的6个自由度被完全约束了也就得到了完全的定位。2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 选择切削用量对于7个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从文献1P.130表6-11中选取。由于钻孔的切削用量还与钻孔深度有关，随孔深的增加而逐渐递减，其递减值按文献1
16、P.131表6-12选取。降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头折段。钻孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，是刀具寿命有所降低。降低切削速度主要是为了提高刀具寿命，并使加工较深孔时钻头的寿命与加工其他浅孔时钻头的寿命比较接近。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、机床的布局形式及正常工作均有很大影响。组合机床多轴箱上所以的刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。查文献1得硬度HB190-240时，高速钢钻头的切削用量如表2-1：表2-1高速钢钻头切削用量加工材料加工直径（mm）切削速度（m/min）进给量（mm/r）铸铁190240HBS61210180
17、.10.1812220.180.25在选择切削速度时，要求同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必须相等并等于滑台的工进速度（单位为mm/min），因此，一般先按各刀具选择较合理的转速（单位为r/min）和每转进给量（单位为mm/r），再根据其工作时间最长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定并调整每转进给量和转速，通过“试凑法”来满足每分钟进给量相同的要求，即 （2-1）在选择了转速后就可以根据下列公式选择合理的切削速度。 （2-2）7个孔的切削用量的选择A. 孔 48.5，深19mm 查1第130页表6-11高速钻头切削用量得由d612，硬度大于190240HBS，选择v=1018m/m
18、in， f 0.10.18mm/r， 又d=8.5mm，初选v=14 m/min， f=0.13 mm/r则由 （2-3） 得： 取n=533r/min； B. 孔28.5，深19mm 查1第130页表6-1高速钻头切削用量得： 由d612，硬度大于190240HBS，选择v=1018m/min， f 0.10.18mm/r， 又d=8.5mm，初选v=14.1 m/min， f=0.13 mm/r则由 取n=539r/min； C.钻孔15.2，通孔，查1第130页表6-11高速钻头切削用量得：由d1222，硬度大于190240HBS选择v=1018m/min，取v=16m/min，f0.8
19、0.25mm/r，取f=0.2mm/r，d=15.2mm，表2-2 加工各个孔的进给量，工进速度及切削速度 孔径切削用量8.515.2v （m/min）1414.116f （mm/r）0.130.2n （r/min）5335393352.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率根据文献1P.134表6-20中公式 （2-3） （2-4） （2-5）式中， F 切削力（N）；T 切削转矩（Nmm）；P 切削功率（kW）；v 切削速度（m/min）；f 进给量（mm/r）；D 加工（或钻头）直径（mm）；HB 布氏硬度。，在本设计中，得HB=223。由以上公式可得：A.右侧面钻孔 钻4M10钻至48
20、.5，深19由公式（2-3）得：=268.50.130.82230.6=1107.97 N由公式（2-4）得： =108.51.9 =2924.38 Nmm由公式（2-5）得： = =0.1575 kWB.后侧面钻孔钻2M10钻至2=2924.38 Nmm =0.1586 kWC左侧面钻孔钻孔15.2，通孔15.20.20.8=2796.56 N15.21.9=12454.02 Nmm 由公式（2-5）得： =0.429 kW表2-3加工各个孔的切削力、切削转矩及切削功率孔径F （N）M （Nmm）P （kW）1107.972924.380.15750.15862796.5612454.40.
21、429 总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和右面 Pw1=40.1575=0.63Kw左面 Pw2=0.429kw后面 Pw3=20.1586=0.3172kw实际切削功率根据9，P=（1.52.5）Pw，因为是多轴加工，故取定P=2Pw 则 P右=20.63=1.26Kw P左=20.429=0.858Kw P后=20.3172=0.63Kw2.3 组合机床总体设计“三图一卡”2.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床（或自动线）上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。工序图见附录A.被加工零件名称及编号：材料及硬度：HT250 HB190240 重量12Kg。B.定位基准及夹压点的选择针对机体的结构特点，不宜选用“一面双孔”定位基准，可采用“三平面”定位基准的方法。在选择夹压部位时应注意零件夹压后定位稳定和避免零件夹压后变形的问题，可以选择上表面夹压。C.图中符号表示夹紧点，表示定位基面。2.3.2 加工示意图加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确
