组合机床及夹具设计说明书2Word下载.docx

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专用机床及其自动线从设计，工艺编程，生产制造到装配调试全过程都需要一批有经验的技术人员，管理人员和技术人员。

（5）利润空间小

在国外不同的生产模式的企业其生产产品的效益相差不会太大，但国内这几种生产模式的企业效益却相差悬殊。

如果做一比较，就很能说明问题，假如国外的某产品价格为1，相对国内轿车价格为1.15-1.25.对通用机床国内的价格为0.7左右，而国内专用机床的价格仅为0.3-0.4.由于国情或用户对专用机床制造业不够理解等原因，专业用机床价格总体偏低。

近几年，国内市场专用机床的单台平均售价呈下降趋势，以组合机床为例，其单台平均售价从1996年的31万元降到2000年的23万，降幅达25%。

在国外购买一台标准的加工中心的费用和为其配置成加工某种零件所需要的夹具，刀具及其相关辅具的费用之比，一般为100：

60左右，之所以后者占有如此高的比例，是因为除了考虑硬件的消耗外，更多的是考虑技术的投入和由此而带来的的风险，在国内这一比值一般用户能接受100：

25左右。

如果在考虑5%的质量保证金要在一年后才能拿到，这种原因把利润压缩到极小的空间。

（6）技术成长期长

专用机床的设计制造涉及专业面广，要具备较丰富的工艺知识，要比较熟悉用户的制造工艺，要保证一次成功，培养一名熟练的主管设计师，花几年时间，才能做出好的产品设计，好的制造工艺，生产出好的产品，技术成长期要长。

（7）人员流动困难

由于订单不均衡，会引起生产的不均衡，国外除了零件外协调条件好，还有成熟的技术劳动力市场，企业可以根据订单情况输出或吸收有关劳动力，使这与企业生产相适应。

国内则无法做到这一点，有时找些临时工但多数只能承担一些辅助性工作，熟练技工则难以寻求。

（8）技术引进困难，与国外合作难

由于专用机床是一次性设计制造，引进技术若供一次使用，则成本太高，很难实现。

到目前为止，我国专用机床制造业没有一家谈成合资，虽有接触，但仅限于具体项目的合作。

八个特点，八种原因。

既相互联系又各具特点，但是确实影响我国专用机床制造业发展的重要工作。

因此，我们建议：

（1）国家在政策上进一步支持装备工业，特别是基础机械工业的发展。

近几年，我国数控机床虽然发展较快，但多是通用机床，而代表国家装备能力和知识水平的集成化，成套装备，尤其是以专用机床及其制动线的生产企业和产品产量在不断萎缩，也有用户选择装备上的偏见，而政策上的引导是必要的。

（2）专用机床制造业要进行必要的调整。

制造业的自我调整，一要解决好主机生产与配套协作的关系；

二要解决好技术引进与自主创新的关系；

三要解决好用先进技术改造提升企业和产品的关系；

四要解决好用高技术提高产品档

次，增加产品附加值的关系。

（3）虽然专用机床及其自动线的市场在发生变化，但是企业要根据自己的情况主动适应市场，以新技术，新工艺改造传统的专用机床，进一步提高其市场适应能力，进一步提高产品档次和水平，要瞄准国内大中型企业和相当一部分民营企业的需要，开发制造质量更好，性能更优异的专用机床及其自动化，以优质完善服务，满足需求。

同时，我也建议一些从事转机制造的企业，也应选择开发一种或几种通用的，作为与专机生产的互补，形成掎角之势和企业特设，在市场中求得发展空间。

1.2课题的提出及研究情况

随着我国国民经济的迅猛发展，人民的生活水平不断提高，购买汽车的人数越来越多，这样直接促进汽车零件需求量的增加，其中汽车活塞是汽车内燃机中的重要零件。

原先加工汽车活塞是用几台普通机床分开工作而合成的，这样不仅影响加工速度，还不能保证活塞的加工加工精度足够精确，导致生产率低，效益不高。

国内很多重型机床厂针对这种情况，对汽车活塞加工工艺进行改革创新，其中对汽车活塞销控进行粗镗销控是一个相当重要的环节。

若将一个普通机床改造成一个粗镗活塞销控专用机床，那将大大提高生产率，节约资源提高经济效益。

本次课题要设计的就是一个普通单工位卧式机床，并针对被加工零件进行专门夹具设计，使之能够理想的完成对活塞销孔的加工。

1.3课题主要内容

1.3.1对加工零件进行工艺分析

本课题主要涉及机械结构设计，机械传动原理，机械制造技术基础，机械零件的刚度及强度，机械传动精度等知识。

同时，要求学生具备工程材料学，机械加工工艺等专业知识。

被加工零件是解放牌汽车活塞；

加工活赛两个销控材料：

铝合金HB95-140；

年产量25-30万件

1.3.2动力部件的选择

采用通用部件，第一种动力部件是传动主运动的部件,包括动力源和主轴箱；

第二种是传递进给运动部件，包括液压滑台。

重点是完成对液压系统液压动力滑台的原理设计及元器件选择。

1.3.3完成粗镗专用机床及其相应夹具的总体设计

第2章确定机床总体设计方案

2.1方案的确定

按高精度集中原则设计的一种高效专用机床。

设计机床前，首先应根据机床完成工艺的一些限制及各种工艺方法能达到的加工精度，表面粗糙度及技术要求，解决零件是否可以合理加工的问题。

为了使加工过程顺利进行，并达到要求的生产率，必须在掌握大量的零件加工工艺数据基础上，考虑影响制定零件工艺方案，机床配置形式，结构方案的各种因素及应注意的问题。

经过分析比较，确定零件在专用机床上合理可行的方法，选择合理的加工用量。

本次设计的主要内容是应用具有固定式夹具的主轴箱横向进给的卧式单工位专用机床，自行设计一台能够粗镗活塞销控的专用机床，床身仍为卧式单工位专用机床的床身。

2.1.1零件分析

（1）活塞的工作条件

在发动机气缸内，活塞在一部分工作循环压缩气体，而在另一部分工作循环气缸内的混合气体燃烧膨胀，活塞承受高温气体的压力，并把压力通过活塞销，连杆传给曲轴。

可见活塞是在高温高压下作长时间的变负荷往复运动，活塞的结构就要适应这样的工作条件。

（2）活塞的主要技术要求

销孔圆度和圆柱度均不大于0.015，销控轴线对止口端面平行度不大于100：

0.04，销控轴线与止口内圈中心线对称度不大于0.20，销控表面允许有深度不大于0.08的正常退刀痕迹。

（3）活塞的主要技术条件分析

销控尺寸公差IT6级以上，当销控直径小于50mm时销孔圆度误差不大于0.0015mm，圆柱度误差不大于0.003mm，销孔内圆表面粗糙度Ra小于等于0.2um..活塞销控轴心线到顶面的距离定为56mm。

销控轴心线在裙部轴心线的对称度0.2mm.

（4）活塞的材料和毛坯制造

在汽油发动机和高速柴油机中，为了减少往复直线运动部分的惯性作用，都采用铜硅铝合金作为活塞材料。

它的化学成分是：

Si4-6%,Cu5-8%,Mg0.2-0.5%,Fe小于等于1%，其余是铝。

铝活塞毛坯采用金属模浇铸。

毛坯的精度较高，活塞销孔也能铸出，因而机械加工余量可以相应减少。

铝活塞毛坯在机械加工前切去浇冒口，并进行时效处理，消除铸造时因冷却不均匀而产生的内应力。

时效处理时将活塞加热至180-200度，保温6-8小时，自然冷却。

活塞经过时效处理后还能增加强度和硬度。

（5）活塞销控的机械加工工艺分析

材料：

铝合金HB95-140，年产量：

25-30万件。

铝活塞的毛坯一般都铸出锥形销孔。

由于销孔是许多工序施加夹紧力的部分，所以在粗车止口工序之后即对销孔经行粗镗，以便在其后的工序，夹紧力能较均匀分布，而不至于压坏销孔。

图2-1活塞零件图

2.1.2制定工艺方案

工艺方案是专用机床设计的关键，专用机床的先进性与可靠性在很大程度上取决于工艺方案是否先进和可靠。

为了使工艺方案制定得合理先进，必须认真分析零件，深入现场全面了解被加工零件的结构特点，加工部位，尺寸精度，粗糙度和技术要求等，从而确定在专用机床上完成的工艺内容及方法。

（1）专用机床常用工艺方法能达到的精度及Ra

由于被加工零件精度要求，加工部位尺寸，形状，结构特点，材料，生产率要求不同，设计组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程。

当销孔直径小于50mm时销孔圆度误差不大于0.0015mm，圆柱度误差不大于0.003mm，销孔内圆表面粗糙度Ra小于等于0.2um。

故销孔尺寸精度公差IT6级以上。

（2）确定工艺方案的原则及注意问题

粗精加工工序的安排根据零件的生产批量，加工精度，技术要求经行全面分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理解决粗加工和精加工工序的安排。

一般在大批大量生产中，确定工艺流程宜粗精工序分开进行，其特点是：

1）工件能得到较好的冷却，有利于减少热变形及内应力变形的影响，对精度要求的零件更需要如此安排。

2）可避免粗加工振动对加工精度，表面粗糙度的影响。

3）利于精加工机床保持持久的精度

4）使机床结构简单，便于维修，调整。

（3）定位基准及加压点选择

1）专用机床是针对某种零件或某道工序而设计的，正确选择加工定位基准是确保精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的集中工序，从而收到减少机床台数的效果。

2）选择定位基准的原则及应注意的问题

a应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准，这样可减少基准不符的误差，保证加工精度。

b选择定位基准应确保工件定位稳定。

尽量采用已加工的较大平面为定位基准，定位基准不可选择在铸件或锻件的分型面上，也不要选择在有铸孔的部位，否则将影响定位精度，所以由本零件的特点可选在零件的孔中心线。

c当被加工零件不具备理想的定位基准，或者工件刚性不足时，为防止加工时工件变形，振动而影响加工高精度，可在机床上设置辅助支撑，以增加定位稳定性和承载较大的切削力。

（4）确定夹压定位位置应注意的问题

2.2确定机床的配置形式

2.2.1配置形式的选择

专用机床的配置形式要满足工件加工工艺的需要，同时保证工件的加工精度要求，而且要有稳定的加工精度，以确保工件的加工质量。

影响工件加工精度的因素很多，也很复杂。

机床配置好后，在没有任何负载时，一般引起的误差是机床本身的误差，工件安装误差，夹具和刀具安装误差等。

当有切削负载时，还必须考虑工件受夹和受切削力时的变形，由切削影响的变形，刀具磨损等因素引起的加工误差，要确保知道这些误差是很难的，通常都是根据生产中经验积累和一些实验得到的数据，以作为调整配置时参考。

被加工零件的特点是很大程度决定了机床配置形式，一般定位基准是水平的，且被加工零件与基准平行应采用卧式机床，根据所需的加工孔布置动力部件。

工件安装在机床在的固定夹具里，夹具和工件固定不动。

机床本身进给实现切削主运动。

不同的工艺安排和动力部件的不同配置会产生多种配置方案，而不同配置方案又对机床的复杂程度，通用化程度，结构工艺性和经济效果等有不同的影响。

2.2.2选择机床配置形式应注意的问题

（1）要合理解决工序集中程度，在一个动力部件上配置多轴箱加工多孔的集中工序是专用机床的加工方法，但主轴数量的多少既要考虑动力部件及多轴箱的性能和尺寸，又要保证调整机床和更换刀具方便。

（2）要注意排削和使用方便

（3）要考虑家具结构实现的可能性及工作可靠性。

（4）专用机床主要用于大批量生产

2.2.3确定组合机床配置形式

固定式夹具单工位组合机床可达到的加工精度很高，而移动式夹具多工位组合机床因存在移位和定位误差，其加工精度一般比固定式夹具低，现在我们是要钻孔，对精度要求比较高，所以应选固定式夹具单工位组合机床。

第3章专用机床总体设计

3.1被加工零件工序图

3.1.1被加工零件工序图的作用及内容

被加工零件工序图是根据选定的工艺方案表示一台机床或自动化完成的工艺内容，加工部位尺寸，精度，表面粗糙度和技术要求，加工定位基准，夹压部位及被加工零件的材料，硬度，重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情况的图纸。

须在原零件的基础上突出本机床或自动化的加工内容，加上必要的说明而绘制的。

它是专用机床的主要依据，也是制造使用检验和调整机床的重要技术文件。

图上应表示出：

（1）被加工零件的形状和轮廓尺寸及本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸

（2）加工定位基准，夹压部位及夹压方向

（3）本道工序的尺寸，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提出的要求

（4）必要的文字说明

3.1.2绘制被加工零件工序图的注意事项

（1）为使加工零件工序图表达清晰明了。

突出机床的加工内容。

绘制时应按一定比例选择足够的视图及剖视，突出加工部位并把零件轮廓及机床，夹具设计有关的部位表示清楚。

凡本道工序图上清楚明了，能突出本机床的加工内容，绘制时对本机床加工部位用粗实线表示，其尺寸打上方框，其余部位用细实线表示，定位基面符号用“

”表示，夹压位置及方向符号用“”表示。

图3-1被加工零件工序图

（2）加工部位的位置尺寸应该由定位基准注起。

图上的不对称位置尺寸工差换算成对称尺寸公差。

其公差数值的决定要考虑两个方面，一是能达到产品图纸要求的精度，二是采用专用机床能够加工出来，以便在进行夹具设计时确定导向孔和主轴的位置坐标尺寸。

（3）应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。

上图是以活塞的底平面和侧面为定位基准，活塞上端面加紧，夹紧位置是上端面的对称中心线上。

3.2加工示意图

3.2.1加工示意图的作用和内容

零件加工的工艺方案是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床上的加工过程，刀具，辅具的布置状况以及工件，夹具，刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。

因此，加工示意图专用机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据主要地位，它是刀具，辅具。

夹具，多轴箱，气压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是整台专用机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床刀具及试车的依据，其内容如下：

（1）应反映机床的加工方法，加工条件及加工过程

（2）根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型，数量，结构尺寸

（3）决定主轴的结构类型，规格尺寸及外伸长度

（4）选择标准或设计专用的接杆，夹头，导向装置并决定他们结构参数及尺寸

（5）标明主轴，夹头，夹具与工件的联系尺寸，配合及精度

（6）根据机床要求的生产率及刀具，材料特点等合理确定并标注主轴的切削用量

（7）决定机床动力部件的工作循环及工作行程。

3.2.2加工示意图的画法及注意事项

（1）加工示意图的绘制顺序是：

先按比例用细线绘出共建加工部位和局部结构的展开图，加工表面用粗实线画，为了简化设计，相同部位的加工示意图允许只表示其中之一，以便设计和调整机床

（2）一般情况下在加工示意图上，主轴分布可不按真实比例绘制，当被加工孔很小或需要设置径向结构尺寸较大的导向装置时，相邻主轴必须按比例绘制，以便检查主轴，刀具，辅具，导向等是否干涉。

（3）主轴应从主轴箱端面开始画起，对一些专用结构显示其结构而必须剖视，并标注尺寸。

精度及配合。

3.2.3选择刀具，导向套

（1）刀具选择

刀具选择要考虑工件加工尺寸精度，表面粗糙度。

切削的排出及生产率要求等因素。

一般钻孔加工刀具，其直径选择应与加工部位尺寸精度相适应，其长度要保证加工终了时，刀具螺旋尾端与导向套外端面有一定距离。

查《组合机床》表3-11，选用粗镗镗刀，粗镗的镗刀材料为高速钢

（2）导向套选择

在专用机床上镗孔，工件的尺寸，位置精度主要取决于夹具导向。

因此，正确选择导向结构，确定导向类型，参数，精度，不但是绘制加工示意图必须解决的问题，也是设计专用机床不可忽视的主要内容，导向的主要参数包括：

导向的直径及公差配合，导向的长度，导向套离工件端面的距离等。

导向装置的配合查阅《组合机床》中表3-18，镗孔的直径为27，其配合尺寸为H7/g6.

3.2.4确定动力部件的工作循环行程

动力部件的工作循环是指：

加工是动力部件从原始位置开始到加工终了位置又返回到原始位置的动作过程。

一般包括快速引进，工作进给，快速退回等动作，有时还有中间停止，多次反复进给，跳跃进给，死挡铁停留等特殊要求，这是根据具体情况而确定的。

（1）确定动力部件的工作循环行程及工作行程的长度.。

作进给长度应等于工件加工部位长度与刀具切入长度和切出长度之和，取切入长度为7mm，加工孔长度为102mm，切出长度为8mm，所以工进长度为7+102+8=117mm。

（2）快速退回长度等于快速引进与工件进给长度之和，快速引进是指动力部件把刀具从原始位置送到工作进给开始位置开始，本次设计取决于快速引进长度为283mm,。

则快退长度为快进长度+工进长度，即为283+117=400mm.

（3）动力部件总行程长度除了保证要求的工作循环工作行程外，还要考虑装卸和调整刀具的方便，即考虑前后备量。

前备量是指因刀具磨损或补偿制造，安装误差，动力部件尚可向前调节的距离，将设计的前备量定位10mm，后备量是指刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中取出所需要的轴向距离，即20mm,理想情况是保证刀具退离夹具套外端面的距离大于接杆插入主轴孔内的长度。

因此，动力部件的总行程长度为快退行程长度与前后备量之和。

依次作为选择标准动力滑台或设计专用动力部件的依据。

根据前面所选择的刀具及导向装置工作行程等绘制出零件的加工示意图，如图所示

图3-2加工示意图

3.2.5确定铁削用量，切削力，切削功率，选择电动机

切削用量的选择是否合理，对专用机床的加工精度，生产率。

刀具耐磨度，机床的布局形式及正常工作均有很大影响。

（1）专用机床切削用量的选择特点

1）在多数情况下，专用机床为多轴多刀，所选切削用量比万能机床单刀加工低30%左右。

2）专用机床主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，工作时要求所有刀具进给量相同，等于进给系统的进给量。

（2）确定切削用量应注意的问题

1）尽量合理利用所有刀具，充分发挥其性能。

2）选择切削用量时应注意零件生产率的影响，由于设计要求的生产率不高，切削用量不宜过高，以免降低刀具耐用度。

3）选择切削用量时还必须考虑所选动力滑台的性能。

尤其是当采用液压动力滑台时，所选择的每分钟进给量一般应比动力滑台可实现的最小进给量大50%。

否则会由于温度和其他原因导致进给量不稳定，影响加工精度，甚至造成机床不能正常工作。

（3）专用机床切削用量选择及计算

根据选定的切削用量，确定切削力，作为选择动力部件及夹具设计的依据；

确定削功率用以确定主轴及其他传动部件的尺寸；

确定刀具耐用度，用以确定所选刀具是否合理。

查《组合机床》表3-11得：

切削速度v100-150范围内选取，初步定为120.每转的进给量f在0.5~1.5范围内选取，但考虑到液压滑台的进给速度Vf的限制要去合适的值。

由公式n=1000v/πD[3.1]得n=1000*120/π*27=1414.7，Vf=f*n取滑台的进给速度为1000，则f=Vf/n=1000/1414.7=0.7（mm/r）,那么切削力Fc，切削功率Pc的计算公式为：

Pc=Fc*Vc/60*1000。

初定镗刀装在镗杆上的几何参数为：

主偏角Kr=45度，前角r=20度，刃倾角为零度，刀尖圆弧半径r=2mm，初定镗孔加工余量ap=1.5mm

切削力Fc=9.81*Cfc*ap*f*Kfc=9.81*40*1.5*0.7*120*Kfc

其中Kfc=Kmfc*Krfc*Kkrfc*Ksfc*Krcfc

查《机械制造技术》表2-3，得Kmfc=1.查表2-4得

Krfc=1,Kkrfc=1,Ksfc=1,Krcfc=1

所以Kfc=Kmfc*Krfc*Kkrfc*Ksfc*Krcfc=1

故Fc=450.4N

2）切削功率Pc=Fc*Vc/60*1000=450.4*120/60000=0.9kw

3）快速运动速度的确定：

由HY20A液压滑台技术性能可知快进速度为12m/min。

4）电动机的选择：

根据上面算出的转速为1414.7r/min和功率为0.9*2=1.8kw。

现决定选用型号为Y100L2-4的电动机。

其额定功率为3kw，转速为1420r/min

3.2.6刀具结构的选择和确定切削扭矩

根据工艺要求及加工精度的不同，组合机床采用的刀具有：

简单刀具、复合刀具及特种道具。

选择刀具结构应注意以下几个问题：

（1）只要条件允许，为使工件可靠、结构简单、刃磨容易，应选标准刀具或简单刀具。

（2）选择刀具结构特点，还必须认真分析被加工零件材料特性。

基于以上问题和对被加工零件的分析，本设计中选择的刀具为标准高速钢粗镗镗刀。

镗刀直径及镗刀截面尺寸：

查<

组合机床设计》表3-16得由镗孔直径D=27mm，取镗杆直径=22mm，镗刀截面=8×

8（mm×

mm）,切削扭矩M，主轴直径=25mm，查《组合机床设计》p59页表3-15得，取B=7.3，故M=13755.25N·

mm.

3.3机床联系尺寸图

3.3.1联系尺寸图的内容及作用

联系尺寸图用来表示机床各组合部分的相互装配关系和运动关系，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、零件的设计提供依据。

联系尺寸图也可以看成是简化的机床总图，它表示机床的配置形式及总体布局。

联系尺寸主要内容如下：

（1）以适当数量的视图按统一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相关位置，表明机床的配置形式及总体布局主视图的选择应与机床实