基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及夹具设计.doc

1、目 录1 前言12 组合机床总体设计32.1 总体方案论证32.1.1 加工对象工艺性的分析32.1.2 机床配置型式的选择32.1.3 定位基准的选择42.1.4 选用滑台传动型式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72.2.3刀具耐用度的计算112.2.4 选择刀具结构112.3三图一卡设计112.3.1 被加工零件工序图112.3.2 加工示意图122.3.3 机床联系尺寸图142.3.4机床生产率计算卡163 组合机床夹具设计193.1夹具总体分析193.1.1 零件的工艺性分析193.1.2 夹具设计的基本原则和要求1

2、93.1.3 夹具总体结构构思193.2 定位方案的确定203.2.1 定位方案论证203.2.2 定位基准的选择203.2.3 定位的实现方法203.3 导向装置的选择203.3.1钻套型式的选择和设计213.3.2 钻模板的类型和设计223.4 夹紧方案的确定223.4.1夹紧装置的确定223.4.2夹紧力的确定243.4.3夹紧液压缸的选择253.5误差分析263.5.1影响加工精度的因素263.5.2 保证加工精度的条件273.6 夹具体的确定284 结论29参考文献30致 谢31附 录321 前言组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床。这种机床既

3、具有专用机床的结构简单、生产率和自动化程度较高的特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要，组合机床可以对工件进行多面、多主轴加工。组合机床装备的发展思路是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面，加强数控技术的应用，提高组合机床产品数控化率；另一方面，进一步发展新型部件，尤其是多坐标部件，使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场需求。复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高。在这些方面组合机床装备还有相当大的差距，因

4、此组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。世界机床发展的趋势将朝着五个方面发展：a.高速化由于机构各组件分工的专业化在专业主轴厂的开发下主轴高速化日益普及，过去只用于汽车工业高速化的机种现在已成为必备的机械产品要件。b.精密化由于各组件加工的精密化，微米的误差已不是问题，系统的发展使数字控制器的功能越来越多。c.高效能对组合机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的要求提高，同时由于产品竞争激烈，产品生命周期快速缩短，模具的快速成型加工已成为缩短产品开发时间必备的条件，对制造速度的要求致使加工模具的机床朝着高效能专业化

5、机种发展。d.系统化组合机床已逐渐发展成为系统化产品，现在可以用一台电脑控制一条生产线作业，不但可缩短产品开发时间，还可以提高产品的加工精度和质量。e.复合化产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，机床五轴加工、六轴加工已日益普及，组合机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。本课题来源：盐城市江动集团的ZH1105W柴油机。本次设计内容的是柴油机气缸体三面钻削组合机床总体设计及夹具设计。设计该组合机床思路：先仔细分析零件的特点，以确定零件的加工方法，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

6、功率，然后选择各通用部件，最后装配改进。本次设计主要进行对组合三面钻削的组合机床，进行工艺方案、总体设计和夹具设计。主要针对ZH1105W机体左、右、后三个面上43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度、提高生产效率，降低工人劳动强度。本次设计的机床可以大大提高单工序的集中度，提高了效率，减轻了工人的劳动强度。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1.本机床被加工零件特点该加工零件为ZH1105W柴油机气缸体。材料HT250，其硬度为190240HBS，重量36.5Kg，在本工序之前各主要定位表面、主要孔已加工完毕。2.本机

7、床被加工零件的加工工序及加工精度本道工序：钻左、右、后三面的孔，由我们这次设计的设备“ZH1105W机体三面钻组合机床”完成，本设备的主要功能是完成柴油机机体左、右、后三个面上43个孔的加工。具体加工内容及加工精度是：（1） 钻左侧面（即水箱面）上11个孔：钻56.7孔，深18；钻48.5孔，深22；钻16.7，通孔，钻110.5孔,通孔，各孔位置度公差为0.02mm。（2） 钻右侧面（即油底壳面）上21个孔：钻166.7孔，深17；钻413孔，通孔；钻16.8孔，深66，各孔位置度公差为0.02mm。（3） 钻后盖板（缸尾）钻11个孔，钻28.5孔，深20；钻17孔，深115；钻86.7孔，

8、深18，各孔位置度公差为0.02mm。2.1.2 机床配置型式的选择选择要求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。在加工同一零件时，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，要全面地，综合分析，进行几种方案的对比，从中选择最佳方案。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。

9、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。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。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。在分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案，要求较好的稳定性和精度，加紧也方便所以选择卧式组合机床。2.1.3 定位基准的选择考虑到被加工零件是箱体类零件，工序加工为三面同时钻孔，加工工序集中、精度要

10、求高。箱体零件的定位方案一般采用，“一面两孔”和“三平面”定位方法。1.“一面双孔”的定位方法的特点是：（1） 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。（2） 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。（3） “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。（4） 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。2.“三平面”定位方法的特点是：（1）

11、 可以消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。（2） 有同时加工零件三个表面的可能，能高度集中工序。“一面双孔”的定位方案，是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度，但由于定位销刚度小，箱体大可能会变形，所以采用“三平面”定位方法，该定位方式如下：，以底面为定位基准面，限制三个自由度；在左侧有两个支承钉，限制两个自由度；在后面用个定位条限制剩下的一个自由度，6个自由度被完全约束。2.1.4 选用滑台传动型式滑台可以分为液压滑台、机械滑台和数控滑台三种类型。液压滑台的可以获得较大的进给力，零件磨损小，使用寿命长，快进转工进,转换精度高，

12、工作可靠，有相当大的范围内进给量可以无极变速。过载保护简单可靠。即本设计采用选择液压滑台。2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 选择切削用量钻孔工艺的切削用量可根据查文献1P.130表6-11选择切削用量。由于钻孔的切削用量还与钻孔深度有关，随孔深的增加而降低，其递减值按文献1P.131表6-12选取。降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头折断。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

13、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1P130表6-11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190240HBS61210180.10.1812220.180.25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）,所以要求同一多轴箱上各刀具均有合理的切削用量是困难的因此，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

14、、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公式 （2-2）选择合理的切削速度。1.后端面各孔切削用量的选择(1) 钻28.5，深20,=20mm查1P.130表6-11、表6-12得 由d612，硬度大于200240HBS，选择v=1018m/min, f 0.10.18mm/r,又d=8.5mm,孔深3d,初选n=500r/min,f =0.1mm/r,则由（2-2）得：v=8.5500/1000=13.345m/min，即取v=13.4m/min，v=nf=50m/min (2)

15、 钻17，深115，l=115mm查1P.130表6-11、表6-12得 由d612，硬度大于200240HBS，选择v=1018m/min, f 0.10.18mm/r, 又d=7mm,孔深（1520）d,初选 n= v/f，f =0.5f=（0.050.09）mm/r，即取f=0.08mm/r,n=625 r/min则由（2-2）得：v=7625/1000=13.7m/min (3) 钻至86.7，深18，l=18mm查1P.130表6-11、表6-12得由d612，硬度大于200240HBS，选择v=1018m/min, f 0.10.18mm/r, 又d=10.1mm,孔深3d初选n=

16、 v/f，f =0.1mm/r,即取n=500r/min则由（2-2）得：v=6.7500/100010.5m/min2.左端面各孔切削用量的选择（1） 钻48.5，深22，l=22mm查1P.130表6-11、表6-12得由d612，硬度大于200240HBS，选择v=1018m/min, f 0.10.18mm/r, 又d=8.5mm,孔深3d，初选n= v/f，f =0.1mm/r,即取n=500r/min则由（2-2）得：v=8.5500/1000=13.4m/min（2） 钻孔110.5，深15，l=15mm查1P.130表6-11、表6-12得由d612，硬度大于200240HBS

17、，选择v=1018m/min,f0.10.18mm/r, 又d=10.5mm,孔深3d初选n= v/f，f =0.1mm/r，即取n=500r/min则由（2-2）得：v=10.5500/1000=16.5m/min（3） 钻孔16.7，深15，l=15mm查1P.130表6-11、表6-12得由d612，硬度大于200240HBS，选择v=1018m/min,f0.10.18mm/r, 又d=10.5mm,孔深3d初选n= v/f，f =0.1mm/r，即取n=500r/min则由（2-2）得：v=6.7500/1000=10.5m/min（4） 钻孔56.7，深18，l=18mm查1P.1

18、30表6-11、表6-12得由d612，硬度大于200240HBS，选择v=1018m/min,f0.10.18mm/r, 又d=10.5mm,孔深3d初选n= v/f，f =0.1 mm/r，即取n=500r/min则由（2-2）得：v=6.7500/1000=10.5m/min3.右端面各孔切削用量的选择（1） 钻16.8，深66，l=66mm查1P.130表6-11、表6-12得由d612，硬度大于200240HBS，选择v=1018m/min, f 0.10.18mm/r, 又d=6.8mm,孔深（810）d，初选n= v/f，f =0.7f=（0.070.126）,即取f=0.091

19、mm/r，n=550r/min则由（2-2）得：v=6.8550/1000=11.7m/min（2） 钻166.7，深17，l=17mm查1P.130表6-11、表6-12得由d612，硬度大于200240HBS，选择v=1018m/min, f 0.10.18mm/r, 又d=6.7mm,孔深3d，初选n= v/f，f =0.1mm/r,即取n=500r/min则由（2-2）得：v=6.7500/1000=10.5m/min（3） 钻413，深16，l=16mm查1P.130表6-11、表6-12得由d612，硬度大于200240HBS，选择v=1018m/min, f 0.180.25mm

20、/r, 又d=13mm,孔深3d，初选n= v/f，f =0.185mm/r,即取n=270r/min则由（2-2）得：v=13270/1000=11m/min2.2.2 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6.76.878.510.513v (m/min)10.511.713.713.416.511f (mm/r)0.10.0910.080.10.10.185n (r/min)500550625500500270 (2-3) (2-4) (2-5)式中， F 切削力（N）；T 切削转矩（Nmm）；P

21、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=223.33。由以上公式可得：1.后端面钻孔（1） 钻至28.5，深20由公式（2-3）得：=268.50.10.8223.330.6=899N由公式（2-4）得： =108.51.90.10.8223.330.6 =2372.838Nmm由公式（2-5）得： = =0.122kW（2） 钻17，深115由公式（2-3）得：=2670.080.8223.330.6=619.315N由公式（2-4）得： =1071.90.080.8223.330.6 =1372.545Nmm由由公式（2-5）得： = =0.088kW .7