機械畢業(yè)設計（論文）-雙缸柴油機汽缸體鉆削組合機床總體及夾具設計【全套圖紙】

畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計 說說 明明 書書 雙缸柴油機汽缸體鉆削組合雙缸柴油機汽缸體鉆削組合 機床總體及夾具設計機床總體及夾具設計 專專 業(yè)業(yè) 機械設計制造及其自動化機械設計制造及其自動化 學生姓名學生姓名 班班 級級 B B 機制機制 054054 學學 號號 指導教師指導教師 完成日期完成日期 20092009 年年 6 6 月月 6 6 日日 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 ii 目目 錄錄 1 前 言 .1 1.1 本課題的意義1 1.2 國內（外）發(fā)展概況及現(xiàn)狀1 1.3 課題由來及基本條件3 1.4 課題設計思路3 1.5 預期成果及實際價值4 2 組合機床總體設計 5 2.1 工藝方案的擬訂5 2.1.1 分析、研究被加工零件5 2.1.2 組合機床總體方案論證5 2.1.3 定位基準及夾壓點的選擇6 2.2 詳細設計計算6 2.2.1 刀具的選擇6 2.2.2 切削用量的選擇6 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.11 2.2.5 選擇接桿.11 2.2.6 導向結構的選擇.12 2.2.7 動力部件工作循環(huán)及行程的確定.12 2.3 通用部件的選擇.13 2.3.1 機床配置型式.13 2.3.2 選用滑臺型式.13 2.3.3 選液壓滑臺的型號.14 2.3.4 選動力箱型號.14 2.3.5 選擇滑臺側底座.15 2.4 確定機床聯(lián)系尺寸.15 2.4.1 機床裝料高度的確定.15 2.4.2 夾具輪廓尺寸的確定.15 2.4.3 中間底座尺寸的確定.15 2.4.4 主軸箱輪廓尺寸的確定 .16 2.5 機床分組.16 2.6 機床生產(chǎn)率計算卡.17 3 組合機床夾具設計.21 3.1 夾具設計的基本要求和步驟.21 雙缸柴油機汽缸體鉆削組合機床總體及夾具設計 iii 3.1.1 夾具設計的基本要求.21 3.1.2 夾具設計的步驟.21 3.2 定位方案的確定.22 3.2.1 零件的工藝性分析.22 3.2.2 定位方案論證.23 3.3 導向裝置 .24 3.4 夾緊方案的確定.26 3.4.1 夾緊裝置的確定.26 3.4.2 夾緊方案論證.27 3.4.3 夾緊力的確定.28 3.4.4 液壓缸的選擇.29 3.5 誤差分析.29 3.5.1 定位誤差的分析.29 3.5.2 校核加工精度.31 3.6 夾具體的設計.31 4 結論.33 參 考 文 獻34 致 謝.36 附 件 清 單37 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 雙缸柴油機汽缸體鉆削組合機床總體及夾具設計雙缸柴油機汽缸體鉆削組合機床總體及夾具設計 摘要：柴油機汽缸體為大批量生產(chǎn)的零件，為了提高生產(chǎn)效率，滿足被加工零件 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 iv 的精度要求及保證加工精度的穩(wěn)定性，本課題設計了一臺用于雙缸柴油機汽缸體雙 面鉆孔的組合機床。本文介紹了該組合機床總體設計和夾具設計的思路與內容。第 一部分是總體設計，首先，進行了總體方案論證，采用單工位雙面鉆削組合機床， 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。 第二部分是夾具設計，經(jīng)過對被加工零件的全面分析，定位方案采用三面定位，導 向采用固定鉆模板可換鉆套導向，夾緊裝置采用液壓夾緊機構，直接夾壓于工件上， 反應快捷，夾壓平穩(wěn)可靠，夾具體為框架式結構，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。設計的夾具定位可靠、夾壓穩(wěn)定、操作方便，達到了設計要求。 關鍵詞：組合機床；鉆孔；總體設計；夾具設計 The overall and jig design of the overall and jig the combined machine-tool for drilling the body of two-cylinder diesel Abstract：The cylinder block of diesel is a product which nedds mass production. In order to prove the production efficiency,and meet the precision requeste of the 雙缸柴油機汽缸體鉆削組合機床總體及夾具設計 v components processed and the precision stability, this topic design a combined machine- tool to be used in the two-cylinder diesel engine with both sides drilling holes. It introduces the design of overall and jig of this combined machine-tool. The first part is overall design. First, it carries out the argumentation of the overall plan, adopte the combined machine-tool with single location double faces drilling, selecte the high-speed steel twist drill. According to the cutting parameters, it calculates the cutting force, the cutting torque and the cutting power, determined spindle diameter, the extend size and the link-pole model, chose sliding table, the power box and so on, then determine the operating cycle and the stroke of the power part, formulate the relation size of the machine-tool. Finally, it figures out the productivity which satisfies the request. The second part is the jig design, after analyse the workpiece, the location plan adopte three- face location; the guiding equipment used the fixed drill plate with replaceable drill bush; the clamp uses the hydraulic pressure device, it directly presses on the workpiece, which responds quickly, fixes steadily and reliably; the jig-body utilize the frame structure, possess fine rigidity, causes the jig to maintain good long-term precision. This combined machine-tool not only guarante the drill hole precision, but also enhance the processing efficiency, reduce workers labor intensity. The jig orients reliably, clamps stably, operates easily, and meets it the design request well. Key words：Combined machine-tool; Drill hole; Overall design;Jig design 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 1 1 前 言 1.1 本課題的意義 組合機床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機 床。它能夠對一種（或幾種）零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機 床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序， 生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定。因此，在現(xiàn)代化大生產(chǎn)中，要使零件加工具有高的生 產(chǎn)效率，良好的加工精度、精度穩(wěn)定性，好的經(jīng)濟性，采用組合機床加工是一個和 好的選擇。而如何設計一臺好的組合機床就成為了關鍵，機床夾具設計則是重中之 重，這正是本課題需要解決的問題。 1.2 國內（外）發(fā)展概況及現(xiàn)狀 目前，組合機床在機械制造工業(yè)中應用越來越普遍，并已顯示出其巨大的優(yōu)越 性。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：高速度、高精度、柔性化、模塊化、高生產(chǎn)率等方 向發(fā)展。因此組合機床裝備的發(fā)展思路必須是以提高組合機床加工精度、組合機床 柔性、組合機床工作可靠性和組合機床技術的成套性為主攻方向。一方面，加強數(shù) 控技術的應用，提高組合機床產(chǎn)品數(shù)控化率；另一方面，進一步發(fā)展新型部件，尤 其是多坐標部件，使其模塊化、柔性化，適應可調可變、多品種加工的市場需求。 同時，高性能的組合機床的應用也越來越多，諸如被廣泛應用于工程機械、交通、 能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用 機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸 類零件，完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內鏜 各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。隨著技術的不斷進步，一種新型的組合機 床柔性組合機床越來越受到人們的青睞，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編 碼隨行夾具和刀具的自動更換，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)控制和驅動系統(tǒng)，并能靈活適應多品種加工的可調可變的組合 機床。另外，近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機（清洗機、裝配 機、綜合測量機、試驗機、輸送線）等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。 夾具方面，隨著科學技術的進步和市場需求的變化，現(xiàn)代機械制造業(yè)得到了較 快的發(fā)展。多品種、小批量生產(chǎn)方式將成為今后的主要生產(chǎn)形式，制造系統(tǒng)正向著 柔性化、集成化、智能化方向發(fā)展，機床愈來愈多地采用先進的技術，加工效率不 斷地提高。機械產(chǎn)品的加工精度日益提高，高精度的機床大量出現(xiàn) 。為了適應生 產(chǎn)發(fā)展的需要 ，機床夾具正在向柔性化、高效化、自動化、精密化、標準化方向 發(fā)展。 A柔性化 機床夾具應能在一定范圍內適應不同形狀幾尺寸的工件，有能使用于不同的生 產(chǎn)類型和不同的機床加工?？烧{夾具和組合就是具有這一共能的柔性化夾具。 雙缸柴油機汽缸體鉆削組合機床總體及夾具設計 2 a) 可調夾具 可調夾具只要更換或調整個別定位、夾緊或導向元件，即可用于 從而使多種工件的單體件小批生產(chǎn)為一組工件在同一夾具上的成批生產(chǎn)。由于可調 夾具具有較強的適用性和良好的繼承性，因此使用可調夾具可大量減少專用的夾具 的數(shù)量，縮短生產(chǎn)準備周期，降低成本。 可調夾具分為通用可調夾具和成組夾具（可稱為專用可調夾具）兩類。通用可 調夾具的加工對象較廣，有時加工對象不確定。成組夾具是成組工藝中為一組工件 的某一工序而專門設計的夾具，在同一成組生產(chǎn)單元內使用。 b) 組合夾具 組合夾具是一種根據(jù)工件的加工工藝要求，利用一套標準化的夾 具元件及合件組裝而成的夾具。組合夾具既可組裝成某一專用夾具，也可組裝成通 用可調夾具或成組夾具。組合夾具把一般專用夾具的設計、制造、使用、報廢 的 單向過程變?yōu)樵O計、組裝、使用、拆散、清洗入庫、再組裝的循環(huán)過程。圖樣設計 已不是組合夾具設計的主要工作量，而是將夾具方案構思、裝配、檢測等設計、制 造及調試全過程融為一體，一般可用幾小時的組裝周期代替幾個月的設計制造周期。 組合夾具適合于小批量或非重復性的生產(chǎn)。 組合夾具在 20 世紀 40 年代已出現(xiàn)，并在一些工業(yè)發(fā)達國家得到迅速成的發(fā)展。 我國從 20 世紀 50 年代開始推廣使用組合夾具，到目前為止已形成了自已較為完整 獨立的組合夾具系統(tǒng)。隨著柔性加工系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展，組合夾具也得到了新的發(fā) 展。 B高效化、自動化 在實現(xiàn)機械加工自動化時，為了適應現(xiàn)代機床的要求，減少輔助時間，提高生 產(chǎn)率，同時減輕工人的勞動強度，夾具也必須實現(xiàn)高效化、自動化。目前，除了在 生產(chǎn)流水線、自動線上配置相應的自動化夾具外，在數(shù)控機床上也配置了自動化夾 具，數(shù)控加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具和自動更換夾具的裝置，柔性 制造系統(tǒng)的發(fā)展不但出現(xiàn)了刀具庫，而且還出現(xiàn)了夾具庫。 夾具的高效化、自動化可表現(xiàn)在定位、夾緊、分度、轉位、翻轉、上下料和工 件傳送等各種動作上。另一方面，專用夾具的設計也向自動化方向發(fā)展。 a) 磁性夾具 與傳統(tǒng)的機械夾持方法相比，磁性夾具在性能方面有明顯的優(yōu)點。 磁性吸盤能在最短的調整時間內使工件達到較高的定位精度，確保達到最大的吸緊 力，并且夾緊力分布均勻。由于整個工件都是暴露的，不會使工件的部分部位受到 夾具的限制，因而有可能通過一次裝夾完成全部加工。矩形磁性吸盤可以將多件工 件很方便地裝在一個夾具上，以充分利用機床工件臺臺面，進行大批量的磨削、銑 削等。 b) 數(shù)控夾具 數(shù)控夾具具有按數(shù)控程序使工件進行定位和夾緊的功能。工件一 般采用一面兩孔定位，夾具上兩個定位銷之間的距離根據(jù)需要所作的調節(jié)、定位銷 插入和退出定位孔以及其它的定位和夾緊動作均可按程序自動實現(xiàn)。相應的動作元 件進電動機或液壓傳動驅動。 數(shù)控夾具比一般可調夾具或組合夾具具有更好的柔性，在加工中心或柔性制造 章元上使用時，可顯著在提高自動化程度和機床和利用率。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 3 c) 自動夾具 自動夾具是指具有自動上下料機構、能自動定位夾緊的專用夾具， 如果工件需人工定向，則稱為半自動夾具。自動夾具可減少輔助時間，降低勞動強 度，提高生產(chǎn)率，適用于批量大、形狀規(guī)則的工件，在普通機床上裝上自動夾具， 即可實現(xiàn)自動加工。 C精密化 為了適應機械產(chǎn)品的精度不斷提高和需要，不僅需要高精度的機床，同樣需要 高精度的機床夾具與之相配套。目前，高精度自動化定心夾具的精度可以達到微米 級勘至亞微米級，高精度分度臺的分度精度可達0.1。在孔系組合夾具基礎板上， 采用調節(jié)粘接法，孔間距離的調整精度可達幾個微米。 D標準化 夾具的標準化上柔性化的基礎，為了實現(xiàn)夾具的柔性化，夾具的結構必須向標 準化方向發(fā)展。夾具的標準化可以實現(xiàn)夾具的專業(yè)化，從而提高夾具在設計、制造 和使用上和經(jīng)濟效益，還可促進技術現(xiàn)代化。世界各國都很重視這項工作，我國要 這方面也已有了一定基礎。 在夾具標準化和組全化的基礎上還可發(fā)展為模塊化夾具，目前國外已在基礎件、 支承件、動力件等方面開發(fā)出了模塊化的雛形。如模塊式虎鉗采用不同規(guī)格的鉗口 和動力合件，可加工不同形狀和尺寸的工件。 1.3 課題由來及基本條件 a）設計內容 設計一臺加工雙缸柴油機汽缸體頂面和底面孔系的鉆削組合機床； 總體設計：制定工藝方案，確定機床配置型式及結構方案， “三圖一卡”設計； 部件設計：組合機床夾具設計 b）設計依據(jù) 課題來源：鹽城市江動集團 產(chǎn)品名稱：Y295 型柴油機 被加工零件：汽缸體（附零件圖） 工件材料：HT250 加工內容：鉆頂面上六個 8.7 孔，深 29。鉆底面上二個 6.7 孔，深 20；二個 8.2 通孔；三個 5 孔，深 15；四個 5 通孔。 生產(chǎn)綱領：大批大量 批量：本機床設計、制造一臺 1.4 課題設計思路 A.制定工藝方案 在確定工藝方案制定合理之前，通過畢業(yè)設計實習深入現(xiàn)場 了解被加工零件的結構特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術要求，定位、 夾緊方式，工藝方法和加工過程采用的刀具、輔具，切削用量情況及生產(chǎn)率要求， 以求理論聯(lián)系實際，從而確定零件在組合機床上完成的工藝內容和方法，決定刀具 雙缸柴油機汽缸體鉆削組合機床總體及夾具設計 4 種類、結構型式數(shù)量及切削用量。 B.確定機床配置型式及結構方案 根據(jù)選定的工藝方案，確定了本課題的配置 型式：單工位、臥式雙面組合機床，并采用工序集中進行加工。定出影響機床總體 布局和技術性能的主要部件的結構型式。 C.總體設計 在選定了工藝方案并確定了機床配置型式、結構方案的基礎上， 進行圖紙的設計、繪制。具體的幾張圖紙是：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。一般，在總體設計的過程中，需要對機床夾具方案 進行考慮，畫出夾具方案草圖，并要初定出主軸箱輪廓尺寸，這樣才能夠確定出機 床各部件間的相互關系。 D.部件設計 根據(jù)確定的工藝和結構方案，按照加工示意圖和機床聯(lián)系尺寸圖 等開始設計，繪制夾具總裝圖，在繪制好的夾具總裝圖的基礎上，繪制所有的非標 準零件圖 本機床部件設計分為四部分：機床夾具設計，左多軸箱設計，右多軸箱設計， 液壓系統(tǒng)設計。我負責機床總體及夾具設計。 1.5 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文件，指導組合機床及夾具的生產(chǎn)。這樣一 臺組合機床設計好后，可直接投入 Y295 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。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 5 2 組合機床總體設計 2.1 工藝方案的擬訂 工藝方案的擬訂是組合機床設計的關鍵一步，它在很大程度上決定了組合機床 的結構配置和使用性能。因此，根據(jù)工件的加工要求和特點，按一定的原則、結合 組合機床常用工藝方法、充分考慮各種影響因素，并經(jīng)技術經(jīng)濟分析后擬訂出先進、 合理、經(jīng)濟、可靠的工藝方案。 2.1.12.1.1 分析、研究被加工零件分析、研究被加工零件 本課題設計的組合機床加工的工件為 Y295 型柴油機汽缸體，工序為頂面和底 面兩面孔系加工，零件材料為鑄鐵件 HT250，其硬度為 HBS212285，生產(chǎn)綱領： 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容： a）頂面： 鉆六個 8.7 孔，深 29 b）底面： 鉆二個 6.7 孔，深 20； 鉆二個 8.2 通孔； 鉆三個 5 孔，深 15； 鉆四個 5 通孔。 2.1.22.1.2 組合機床總體方案論證組合機床總體方案論證 根據(jù)任務書的要求：設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、液壓驅動。因此根據(jù)任務書要求 和汽缸體的特點初定兩種設計方案： 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：Y295 型柴油機 汽缸體的結構為臥式長方體，從裝夾的角度來看，臥式平放比較方便，也減輕了工 人的勞動強度。通過以上的比較，考慮到臥式振動小，裝夾方便等因素，選用臥式 組合機床。 組合機床配置型式及結構方案確定： 機床配置成單工位臥式雙面鉆削組合機床，采用固定式夾具。加工時，工件裝 在夾具中固定不動，由水平布置在工件兩側的鉆頭實現(xiàn)主運動和進給運動，以完成 對工件的切削加工。 雙缸柴油機汽缸體鉆削組合機床總體及夾具設計 6 2.1.32.1.3 定位基準及夾壓點的選擇定位基準及夾壓點的選擇 分析了被加工零件，它的頂面、底面和兩側面在前道工序已加工過，頂面表面 粗糙度1.6，底面表面粗糙度3.2、平面度 0.05mm，兩側面表面粗糙度 a R a R 3.2、平面度 0.025mm，以汽缸體的側面作為主定位基準（限制三個自由度） ，夾 a R 壓部位選在汽缸體側面，以圓盤式夾壓件夾壓于側面上。 2.2 詳細設計計算 2.2.12.2.1 刀具的選擇刀具的選擇 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，結構簡單、刃磨容易，應盡量選擇標準刀 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）選擇刀具結構時，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18196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 2.2.22.2.2 切削用量的選擇切削用量的選擇 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 可設計成不同轉速和選擇不同的每轉進給量（毫米/轉）與其相適應，以滿足不同直 徑工件的加工需要，文獻853 頁，即 （2- fii vfnfnfn 2211 1） 式中：,各主軸轉速（轉/分） ； 1 n 2 n i n ,各主軸進給量（毫米/轉） ； 1 f 2 f i f 動力滑臺每分鐘進給量（毫米/分） 。 f v 在選擇了轉速后就可以根據(jù)公式 （2- 1000 nd v 2） 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 7 選擇合理的切削速度。 查文獻2第 130 頁表 6-11，得高速鋼鉆頭切削用量如表 2-1 表 2-1 高速鋼鉆頭切削用量 加工材料加工直徑（mm） 1 d切削速度(m/min)v進給量(mm/r)f 200241HBS 160.050.1鑄鐵 612 1018 0.10.18 A.左側面鉆孔 a) 鉆 7 個 5 孔 選擇800r/min 的轉速，進給量選擇=0.1mm/r,由 公式（2-1）得nf =80mm/min，由公式（2-2）得切削速度 f v =12.56m/minv b) 鉆二個 6.7 孔，深 20 選擇500r/min 的轉速，進給量選擇=0.16mm/r,由 公式（2-1）得nf =80mm/min，由公式（2-2）得切削速度 f v =10.519m/minv c) 鉆二個 8.2 通孔 選擇500r/min 的轉速，進給量選擇=0.16mm/r,由 公式（2-1）得nf =80mm/min，由公式（2-2）得切削速度 f v =12.874m/minv B.右側面鉆孔 a) 鉆六個 8.7 孔 選擇500r/min 的轉速，進給量選擇=0.16mm/r,由 公式（2-1）得nf =80mm/min，由公式（2-2）得切削速度 f v =13.659m/minv 2.2.32.2.3 計算切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度計算切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度 根據(jù)已選定的切削用量（主要指切削速度v及進給量f） ，確定進給力，作為選擇 動力滑臺及設計夾具的依據(jù)；確定切削扭矩，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，用以驗證所選用的刀具是否合理。 根據(jù)文獻8 56頁的公式 （2- 6 . 08 . 0 26HBfDF 3） （2- 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDM 4） 雙缸柴油機汽缸體鉆削組合機床總體及夾具設計 8 （2-5） D vM P 9740 （2-6） 8 3 . 155 . 0 25 . 0 9600 HBfv D T 式中：切削軸向力(N)；F 鉆頭直徑(mm)；D 每轉進給量(mm/r)；f 切削扭矩(Nmm)；M 切削功率(kw)；P 刀具耐用度(min)；T 切削速度(m/min)，通常根據(jù)鉆孔深度 L 考慮修正系數(shù)（查文獻v v k 857 頁表 3-14） ， =；v v kv 公稱 零件的布氏硬度值。通常給出一個范圍，如HB180220。對于HB 公式(2-3)、(2-4)、(2-5)取最大值，對公式（2-6）取最大硬度值減去偏差值的三分之 一。 a)5 孔 L/D=15/5=3 查文獻857 頁表 3-14 得=0.9 v k =12.560.9=11.304m/minv v kv 公稱 =285,公式（2-6）中=260.67HBHB)212285( 3 1 285 由公式（2-3）得： 6 . 08 . 0 26HBfDF =2650.10.82850.6 =612.139N 由公式（2-4）得： 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDM =1051.90.10.82850.6 =1002.19 Nmm 由公式（2-5）得： 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 9 D vM P 9740 = 514.39740 304.1119.1002 =0.074 kw 由公式（2-6）得： 8 3 . 155 . 0 25 . 0 9600 HBfv D T = 8 3 . 155. 0 25. 0 67.2601 . 0304.11 59600 =12673.77min b)6.7 孔 L/D=20/6.7=2.99 查文獻857 頁表 3-14 得=1 v k =10.5191=10.519m/minv v kv 公稱 由公式（2-3）得： 6 . 08 . 0 26HBfDF =266.70.160.82850.6 =1194.68N 由公式（2-4）得： 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDM =106.71.90.160.82850.6 =2545.34 Nmm 由公式（2-5）得： D vM P 9740 = 7.614.39740 519.1034.2545 =0.13066 kw 由公式（2-6）得： 雙缸柴油機汽缸體鉆削組合機床總體及夾具設計 10 8 3 . 155 . 0 25 . 0 9600 HBfv D T = 8 3 . 155 . 0 25 . 0 67.26016 . 0 519.10 7 . 69600 =5117.395min c)8.2 孔 通孔 由公式（2-3）得： 6 . 08 . 0 26HBfDF =268.20.160.82850.6 =1462.14N 由公式（2-4）得： 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDM =108.21.90.160.82850.6 =3736.36Nmm 由公式（2-5）得： D vM P 9740 = 2.814.39740 874.1236.3736 =0.1918 kw 由公式（2-6）得： 8 3 . 155 . 0 25 . 0 9600 HBfv D T = 8 3 . 155 . 0 25 . 0 67.26016 . 0 874.12 2 . 89600 =1522.7min d）8.7 孔 L/D=29/8.7=3.33 查文獻857 頁表 3-14 得=0.89 v k =13.6590.89=12.16m/minv v kv 公稱 由公式（2-3）得： 6 . 08 . 0 26HBfDF 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 11 =268.70.160.82850.6 =1551.30N 由公式（2-4）得： 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDM =108.71.90.160.82850.6 =4181.09 Nmm 由公式（2-5）得： D vM P 9740 = 7.814.39740 16.1209.4181 =0.19108 kw 由公式（2-6）得： 8 3 . 155 . 0 25 . 0 9600 HBfv D T = 8 3 . 155 . 0 25 . 0 67.26016 . 0 16.12 7 . 89600 =2705.6min 總的切削功率：即求各面上所有軸的切削功率之和 左面kw163 . 1 2192 . 0 7074 . 0 2131 . 0 272 2 . 857 . 6 PPPPw 右面kw146 . 1 192 . 0 66 7 . 8 PPw 2.2.42.2.4 確定主軸、尺寸、外伸尺寸確定主軸、尺寸、外伸尺寸 查文獻243 頁表 3-4 d= （2- 4 10TB 7） 式中：d軸的直徑； T軸所傳遞的轉矩（NM） ； B系數(shù)（取 B=6.2） 。 a）左主軸箱：軸 12 d=6.2=13.93mm 43 1034.254510 軸 34 d=6.2=15.33mm 43 104 .373610 軸 511 d=6.2=11.03mm 43 1019.100210 b）右主軸箱：軸 16 d=6.2=15.77mm 43 1009.418110 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：12 主軸直徑 都取 15，34 主軸的直徑都取 20，511 主軸直徑都取 15， ；右主軸箱中： 雙缸柴油機汽缸體鉆削組合機床總體及夾具設計 12 16 主軸直徑都取 20。 根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，查文獻244 頁表 8-4、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： 1 d D/=32/20,L=115mm，接桿莫氏圓錐號為 1。 1 d 2.2.52.2.5 選擇接桿選擇接桿 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，須采用軸向可調整的接桿來協(xié)調各軸的軸向長度，以滿足同時加工完成孔 的要求。 查文獻2171 頁表 8-2，得表 2-2、2-3 所示： 表 2-2 特長可調接桿尺寸 ddt莫氏錐號類型 1 DLl 16Tr161.52 A28185-48585 20Tr2022A28215-500110 表 2-3 夾緊螺母型式及尺寸 名義尺寸 1 d 1 dh 16Tr161.524.612 20Tr20231.612 2.2.62.2.6 導向結構的選擇導向結構的選擇 在組合機床加工孔，除用剛性主軸的方案外，其余尺寸和位置精度主要決定于 夾具的導向。因此，正確地選擇導向機構；確定導向的類型、參數(shù)和精度是設計組 合機床的重要內容，也是加工示意圖需要解決的問題。 導向機構的結構形式有兩種：固定導向、旋轉式導向，根據(jù)導向的線速度（小 于 20m/min） 、加工精度及刀具的具體工作條件，本機床采用固定式導向（鉆套導向） 查文獻2175 頁表 8-4，得表 2-4 的尺寸規(guī)格： 表 2-4 通用導套的尺寸規(guī)格 dD 1 D 2 D 3 D 短 Ll 1 l 54-6101518M61283 6.76-8121822M61283 8.2 8.7 8-10152226M61683 導向參數(shù)包括導套直徑、導套長度及導向套到工件端面距離等。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， 1 l 一般取 1-1.5d，即=9mm。 2 l 根據(jù)文獻2177 頁表 8-6 導向類別選擇的第一類,工藝方法為鉆,d 取,D 取7G 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 13 /g6, /n6。7H7H 2 2.2.7.2.7 動力部件工作循環(huán)及行程的確定動力部件工作循環(huán)及行程的確定 a)工作進給長度確定 工 L 工作進給長度，應等于加工部位長度 L（多軸加工時按最長孔計算）與刀具 工 L 切入長度和切出長度之和。切入長度一般為 510mm，根據(jù)工件端面的誤差情 1 L 2 L 況確定，鉆孔時切入長度查文獻246 頁表 3-7： +（38） （注：d 為鉆頭直徑） 3 2 d L （2-8） 而在采用復合刀具時，應根據(jù)具體情況決定。所以得出以下結果： 左側工進長度：6 + 22 = 28mm,右側工進長度：31.6 + 6.4 = 38mm。 b）快速進給長度的確定 快速進給是動力頭把刀具送到工作進給的位置，其長度按具體工作情況確定， 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 142mm。 c）快速退回長度的確定 快速退回長度一般等于快速引進和工作進給長度之和，對于本機床快速退回行 程長度，能使刀具退回導向套內，不影響工件的裝卸即可。左、右側快速退回長度 為 180mm。 d）動力部件總行程的確定 動力部件的總行程，除能保證實現(xiàn)上述工作循環(huán)外，還要考慮裝卸和調整刀具 的方便性，即要考慮前、后備量。前備量是由于刀具的磨損或為了補償安裝制造的 誤差，動力部件要向前調節(jié)的距離，此距離不小于 1520mm，后備量是考慮刀具從 主軸孔和夾具導套孔取出所要的距離，保證刀具退離導套外端面的距離要大于刀桿 插入主軸孔內的長度。 對于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 2.3.12.3.1 機床配置型式機床配置型式 機床的配置型式有立式和臥式兩種。 立式機床的優(yōu)點是占地面積小，自由度大，操作方便，其缺點是機床重心高， 振動大。臥式機床的優(yōu)點是加工和裝配工藝性好，振動小，運動平穩(wěn)，機床重心較 低，精度高，安裝方便，其缺點是削弱了床身的剛性。機床的配置型式在很大程度 上取決于被加工零件的大小、形狀及加工部位等因素。 臥式機床多用于加工孔中心線與定位基準面平行的情況，而立式機床則適用于 加工定位基面是水平的，而加工的孔與基面相垂直的工件?？紤]到 Y295 型柴油機 汽缸體的結構為臥式長方體，從裝夾的角度來看，臥式平放比較方便，也減輕了工 人的勞動強度。 雙缸柴油機汽缸體鉆削組合機床總體及夾具設計 14 通過以上的比較，考慮到臥式機床振動小，裝夾方便等因素，選用臥式組合機 床。 2.3.22.3.2 選用滑臺型式選用滑臺型式 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 泛的應用。 根據(jù)文獻218 頁表 2-4，它們的優(yōu)缺點比較如下表 2-5 所示： 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 1.在相當大的范圍內進給量可 以無級調速。 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。 優(yōu) 點 6.由行程調速閥來控制滑臺的 快進轉工進，轉換精度 高，工作可靠。 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。 缺 點 3.調整維修比較麻煩。3.快進轉工進時，轉換位置精 度較低。 經(jīng)比較，本組合機床選用液壓滑臺。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 15 2.3.32.3.3 選液壓滑臺的型號選液壓滑臺的型號 每種規(guī)格的動力滑臺有其最大進給力P進的限制。選用時先根據(jù)確定的切削用量 計算出各主軸的軸向切削合力P，以PP進來確定動力滑臺的型號和規(guī)格。計算 出的軸向切削合力如下： =9598.61 N 左 F272 2 . 857 . 6 FFF214.14627139.612268.1194 =9307.81 N 右 F 3 . 155166 7 . 8 F 為了方便起見，選擇大值，所以取F=9599 N，再查看文獻2 91頁表5-1得 F=12500 N，所以選擇液壓滑臺的型號為：1HY32；選擇的行程為：400mm；臺面 寬度：400mm；臺面長度：630mm；滑臺與滑座總高：280mm；滑座長： 1070mm；快速行程速度10m/min，工進速度20650mm/min，允許最大進給力 。N12500 2.3.42.3.4 選動力箱型號選動力箱型號 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)。計算結果如下： =1.163 kw 左 P =1.146 kw 右 P 查文獻2 62頁多軸箱所需功率按下列公式計算： = + + （2-9） 多軸箱 P 切削 P 空轉 P 損失 P 所以得出多軸箱的驅動功率如下： =1.163+0.0429+0.0462+0.0112=1.644 kw 左多 P =1.146+0.0466+0.0115=1.434 kw 右多 P 為了方便起見，使兩邊的動力箱的型號一致，所以選了功率較大的作為選擇動 力箱的依據(jù)，所以根據(jù)文獻2 114頁表5-38，得表2-6型號表內容 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( )KW 電動機轉速（ ）min/r 輸出軸轉速( )min/r 左主軸箱 1TD32A Y100L1-42.2kW1430715 右主軸箱 1TD32A Y100L1-42.2kW1430715 再根據(jù)文獻2 116頁表5-40可以得出動力箱與動力滑臺、主軸箱結合面的尺寸 以及動力箱輸出軸距箱底面高度，具體如下： 與動力滑臺結合面的尺寸：長630mm，寬320mm 與主軸箱結合面：寬630mm，高280mm 動力箱輸出軸距箱底高度為100mm。 2.3.52.3.5 選擇滑臺側底座選擇滑臺側底座 根據(jù)所選的機械滑臺查文獻2 92 頁表 5-2，選擇的滑臺側底座的型號為 1CC321，其高度，寬度，長度。mmH560mmB520mmL1180 雙缸柴油機汽缸體鉆削組合機床總體及夾具設計 16 2.4 確定機床聯(lián)系尺寸 2.4.12.4.1 機床裝料高度的確定機床裝料高度的確定 查文獻275 頁可知，裝料高度是指機床上工件的定位基準面到地面的垂直距 離，本課題中，最低孔位置，主軸箱最低主軸高度，所選mmh5 .10 2 mmh100 1 滑臺和滑座總，側底座高度，夾具底座高度，mmh280 3 mmh560 4 mmh375 5 中間底座高度，綜合以上因素，該組合機床裝料高度取 H=935mm。mmh560 6 2.4.22.4.2 夾具輪廓尺寸的確定夾具輪廓尺寸的確定 夾具底座的輪廓尺寸，即長寬高為：450500375。 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，從總圖中查得長度尺寸為：545mm，寬度尺寸為：700mm。 2.4.32.4.3 中間底座尺寸的確定中間底座尺寸的確定 根據(jù)選定的動力箱、滑臺、側底座等標準的位置關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。 2.4.42.4.4 主軸箱輪廓尺寸的確定主軸箱輪廓尺寸的確定 主要需確定的尺寸是主軸的寬度 B 和高度 H 及最低主軸高度,主軸箱寬度 B 1 h 和高度 H 的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關，查文獻2 77 頁可按下式計 算： B=b+2 （2-10） 1 b H=h+ （2-11） 11 bh 式中：b工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（mm） ； 最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（mm） ； 1 b h工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（mm） ； 最低主軸高度（mm） ； 1 h 其中，還與工件最低孔位置（） 、機床裝料高度（H=935mm） 、滑臺滑 1 hmmh5 .10 2 座總高（） 、側底座高度（） 、滑座與側底座之間的調整墊mmh280 3 mmh560 4 片高度（）等尺寸有關。對于臥式組合機床，要保證潤滑油不致從主軸mmh5 7 1 h 襯套處泄漏箱外，通常推薦140mm，本組合機床按式：85 1 h +H-(0.5+ + + )=100 1 h 2 h 3 h 4 h 7 h 則求出左主軸箱輪廓尺寸為： 推薦70100mm，取=100mm，B=b+2=256+2100=456mm， 1 b 1 b 1 b H=h+=100+160.5+100=360.5mm 11 bh 所以 BH=500500。 右主軸箱輪廓尺寸為： 推薦70100mm，取=150mm，B=b+2=90+2150=390mm 1 b 1 b 1 b H= h+=100+160.5+150=410.5mm 11 bh 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 17 所以 BH=500500。 由文獻2136 頁表 7-2 可知：前蓋 55mm，后蓋 90mm，中間箱體寬 180mm。 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 組側底座）底座是機床的支承部件，其中 1CC32 型側底座是機床的主要通用部件。 此外，組合機床還有電氣設備（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 根據(jù)加工示意圖所確定的工作循環(huán)及切削用量等，就可以計算機床生產(chǎn)率并編 制生產(chǎn)率計算卡。生產(chǎn)率計算卡是反映機床生產(chǎn)節(jié)拍或實際生產(chǎn)率和切削用量、動 作時間、生產(chǎn)綱領及負荷率等關系的技術文件。它是用戶驗收機床生產(chǎn)率的重要依 據(jù)。由文獻251 頁的公式計算如下： a）理想生產(chǎn)率 Q 理想生產(chǎn)率 Q（單位為件/h）是指完成年生產(chǎn)綱領 A（包括備品及廢品率）所 要求的機床生產(chǎn)率。 （2- k t A Q 12） 當單班生產(chǎn)時，全年生產(chǎn)時間為 2350 小時，A 為 70000 件，則 k t Q=（件/小時） 。30 2350 70000 b）實際生產(chǎn)率 1 Q 實際生產(chǎn)率（單位為件/小時）指所設計的機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù) 1 Q 量。 （2- 單 T Q 60 1 雙缸柴油機汽缸體鉆削組合機床總體及夾具設計 18 13） 式中：生產(chǎn)一個零件所需時間（min） ，可按下式計算： 單 T （2-）（）（ 裝移 快退快進 停輔切單 tt v LL t v L v L ttT fkff 2 2 1 1 14） 式中：分別為刀具第 I、第 II 工作進給長度，單位為 mm； 21 LL、 分別為刀具第 I、第 II 工作進給量，單位為 mm/min； 21ff vv 、 當加工沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時，滑臺在死擋鐵上的停 停 t 留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉 5-10 轉所需的時間，單位為 min； 分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為 mm； 快退快進、L L 動力部件快速行程速度。用機械動力部件時取 56m/min；用液壓動 fk v 力部件時取 310m/min； 直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉換時間，一般取 0.1min； 移 t 工件裝、卸（包括定位或撤消定位、夾緊或松開、清理基面或切屑 裝卸 t 及吊運工件等）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 工人的熟練程度，通常取 0.51.5min。 左面： 圖 2-1 左動力頭循環(huán) 右面： 圖 2-2 右動力頭循環(huán) 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 19 本加工是兩面同時鉆削，右端面工進長度較長，如圖示。因此，以右端面計算 。 單 T L=38mm, =80mm/min； f v 取 10 轉所需的時間，即=0.02min； 停 t 停 t 500 10 =142mm, =180mm； 快進 L 快退 L =10m/min； fk v =0, =1min； 移 t 裝卸 t 1 1010 180142 02 . 0 80 38 3 單 T =0.495+1.0322 =1.5272min （件/小時）29.39 5272 . 1 60 1 Q c) 機床負荷率 機床負荷率為理想生產(chǎn)率與實際生產(chǎn)率之比。即文獻252頁的公式： （2- 1 Q Q 15） 則 ，生產(chǎn)率計算卡如下表。%35.76 29.39 30 1 Q Q 雙缸柴油機汽缸體鉆削組合機床總體及夾具設計 20 表 2-7 生產(chǎn)率計算卡 圖號YG001-1-1毛坯種類鑄件 名稱汽缸體毛坯重量15kg