ZH柴油机机体钻挺杆孔组合机床总体及夹具设计方案.docx

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ZH柴油机机体钻挺杆孔组合机床总体及夹具设计方案

ZH1130柴油机机体钻挺杆孔组合机床总体及夹具设计

摘要：

组合机床是由大量通用部件和少量的专用部件组成的专用机床。

为了提高产品生产效率，满足被加工零件的精度要求，本课题设计了一台用于钻ZH1130柴油机机体挺杆孔的组合机床。

本组合机床可以同时加工柴油机机体上的两个挺杆孔。

本文主要阐述组合机床的总体设计和夹具设计。

在满足工艺要求的基础上，绘制了“三图一卡”，确定了该组合机床的整体布置方案。

在夹具设计过程中，采用方便可靠的三面的定位，以工件的底面作为主定位面，左面用一个定位条限制了2个自由度，后面用一个定位销限制了1个自由度，从而限制了被加工零件的6个自由度。

该组合机床夹具选用安全方便的气动夹紧方式，设计了夹具的总体结构和主要零件，对夹具进行了误差分析，夹紧力的计算。

该组合机床不仅保证了钻孔精度，还提高了加工效率，降低了工人的劳动强度，较好地完成了设计任务。

关键词：

组合机床；钻孔；夹具设计

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DesignofGeneralandJigDesignofModularMachineToolforDrillingJibHolesontheZH1130Dieselenginebody

Abstract:

Modularmachinetoolisaspecial–purposemachinetoolconsistedofalargenumberofgeneral-purposecomponentsandasmallnumberofspecial-purposecomponents.Inordertoimproveproductionefficiencyandsatisfytheprecisionoftheprocessedparts,thesubjectaimsatdesigningamodularmachinetoolusedfordrillingjibholes,whichareontheZH1130dieselenginebody.Themodularmachinetoolcandrilltwojibholesonthedieselenginebody.Thearticlemainlyexpoundsthegeneraldesignofthemodularmachinetoolandthedesignofjig.Onthebasisofmeetingthetechnicalrequirements,thecompletingofthetechnologicaldrawingofthepartwhichneedtobemanufactured,thegeneraldrawingofmodularmachinetool，drawingofcutterdisplayandtheefficiencycardofmanufacture,anddeterminesthegenerallayoutprogramofthemodularmachinetool.Intheprocessofdesigningthejig,usetheconvenientandreliablepositioningofthethreeside,andthebottomoftheworkpieceispositionedasamajorsidewhichrestrictsthethreedegreesoffreedom,abarrestrictstwodegreesofthefreedomfortheleftside,apinrestrictsthebackdegreesofthefreedomsothatrestrictssixdegreesofthefreedomoftheworkpiece.Thejigofthemodularmachinetoolusesthesafeandconvenientpneumaticclamping,designsthegeneralstructureandmajorpartsofjig,carriesontheerroranalysisandcalculationsofclampingforce.

Themodularmachinetoolcannotonlyguaranteetheaccuracyofdrillingtheholes,butalsoenhancetheprocessingefficiencyandreducethelaborintensityoftheworks.Inaword,itisasuccess.

Keyword:

Modularmachinetool。

Drilltheholes。

Designofjig

1前言……………………………………………………………………………………1

2组合机床总体设计…………………………………………………………………3

2.1工艺基准的分析…………………………………………………………………3

2.2工艺方案的确定…………………………………………………………………3

2.2.1确定组合机床工艺方案时应注意的问题……………………………………3

2.2.2工艺方案的选择与比较………………………………………………………3

2.3组合机床切削用量的选择………………………………………………………3

2.4绘制组合机床的三图一卡………………………………………………………4

2.4.1被加工零件工序图……………………………………………………………4

2.4.2被加工零件加工示意图………………………………………………………4

3组合机床夹具设计………………………………………………………………9

3.1夹具设计的基本要求和方法…………………………………………………9

3.1.1夹具设计的基本要求……………………………………………………9

3.1.2夹具设计的步骤…………………………………………………………9

3.2零件加工要求分析……………………………………………………………10

3.3导向方案………………………………………………………………………10

3.4定位元件、支承元件的确定…………………………………………………11

3.4.1支承板……………………………………………………………………12

3.4.2支承钉……………………………………………………………………12

3.5夹紧……………………………………………………………………………12

3.5.1紧方案的确定……………………………………………………………12

3.5.2夹紧机构的确定…………………………………………………………15

3.5.3气压回路管路的设计……………………………………………………17

3.5.4夹具体、排屑方案设计…………………………………………………17

3.5.5夹具的装配方案…………………………………………………………18

3.6工件在夹具中的加工精度分析………………………………………………18

4结论………………………………………………………………………………21

参考文献……………………………………………………………………………22

致谢………………………………………………………………………………23

附件清单…………………………………………………………………………24

1前言

组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率的专用机床。

多年以来机械产品加工中广泛的采用万能机床。

但随着生产的发展，很多企业的产品产量越来越大，精度越来越高，采用万能机床加工就不能很好地满足要求。

于是一种先进的机床——组合机床就产生了。

理所当然，设计这种机床就是提高生产效率和加工精度。

自从组合机床诞生以来就一直在不断的发展，其发展方向为：

提高生产率；扩大工艺范围；提高加工精度；提高自动化程度；提高组合机床及其自动线的可调性；创制超小型组合机床；发展专能组合机床及自动线。

目前，组合机床在机械制造工业中应用越来越普遍，并已显示出其巨大的优越性。

设计该组合机床思路如下：

仔细分析零件的特点，以确定零件合理可行的加工方法（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。

发展组合机床及其自动线，广泛地推广使用组合机床，对于机械制造业，特别是汽车、拖拉机、柴油机、电动机、仪器、仪表、阀门、矿山机械、冶金、航空、纺织机械以及军工部门等生产的发展，有着很重要的意义。

在未来，组合机床及其自动线将获得更加迅速的发展。

其发展方向为：

（1）生产率其主要方法是改善机床的布局，增加同时工作的刀具，减少加工余量，提高切削用量，提高工作可靠性以及缩短辅助时间等。

（2）工艺范围现在组合机床及其自动线一般不是完成一个工件的某几道工序而常常是用于完成工件的全部加工工序。

（3）提高加工精度现代在组合机床及其自动线上又纳入了很多精加工工序，并广泛采用自动测量和刀具自动补偿技术，做到调刀不停车。

（4）提高自动化程度组合机床本身则是全自动化方向发展的。

为此，重点是解决工件夹压自动化和装卸自动化。

（5）提高组合机床的可调性如可调的多工序多刀具的组合机床采用数字程控制。

另外如自动换刀和自动控制切削用量的组合机床，特别是数字程控的发展，为发展这种机床创造了更有利的条件。

（6）创造超小型组合机床，是为了适应仪表工业小箱体的加工需要。

这种机床体积小，效率高，并能达到高的加工精度。

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”。

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。

本次设计的课题为ZH1130柴油机机体挺杆孔加工组合机床总体及夹具设计，来源于江淮动力集团。

本次设计主要是针对原有的加工方法生产率低下、精度低等缺陷不能满足企业的生产需要而进行的，以提高生产率和生产效益。

现在江动集团采用的组合机床的夹紧装置为手动夹紧装置，不能符合机体加工工艺精度的要求，且增加了工人的劳动强度。

本次设计主要是对现有的组合机床进行改进。

利用现有的资料，及实习中收集的现场资料和理论资料，结合所学的各方面的机械知识进行组合机床的设计。

首先，进行调查研究，认真阅读研究ZH1130柴油机气缸体的零件图，材料为HT200，硬度为HB190～240，外型尺寸大致为504×174×334mm。

进入现场，考查原来生产所采用的加工设备、刀具、切削用量、定位、夹紧和加工质量及精度检验方法，装卸时间、加工时间的方面。

其次，根据调查研究，考虑到现有的技术水平、经济性、工艺性等方面的因素，决定采用卧式组合机床，保证三平面定位原则，夹紧装置为气压夹紧装置。

本次设计主要是改手动夹紧装置为气压夹紧装置，解决手动夹紧的夹紧力不一致、误差大、精度低、工人的劳动强度高等缺陷，提高了企业生产效率及效益。

最后，查阅、收集各方面的技术资料，吸取先进的技术成就，不断完善设计。

本说明书以设计卧式组合机床为主线，覆盖了刀具、夹具和机床概论等内容。

2组合机床总体设计

2.1工艺基准的分析

选择工艺基准和夹压部位是制定工艺方案的极其重要的问题，工艺基准选择的正确，将实现最大限度的工序集中，从而减少机床台数也是保证加工精度的重要条件。

本课题是设计组合机床用于钻柴油机体上

挺杆孔，在本工序前已铣好六个主要表面，所以本工序宜采用三平面定位法。

2.2工艺方案的确定

2.2.1确定组合机床工艺方案时应注意的问题

在确定组合机床工艺方案完成工艺时，要考虑可同时加工各孔之间的最小孔间中心距，由于主轴箱的主轴结构和设置导向的需要，以及保证必须加工精度和工作可靠性的要求，组合机床钻孔时，对于通用主轴箱，轴间最小中心距为24㎜，这时主轴能在铸件上钻直径为10㎜以下的

本机床加工两孔的中心距为23＋29=52㎜，故能满足要求。

有些工件的工艺性不好，不适于在组合机床上加工或者使组合机床结构复杂工作不稳定，这在确定组合机床工艺时必须进行认真的分析。

因此，为了使工件适于在组合机床上的加工需要，应当改善其结构工艺性。

2.2.2工艺方案的选择与比较

钻孔可以立钻、卧钻，还可以斜钻，由于该工件的孔平行于底面，所以斜钻显然不符和要求，如果立钻，就会给机床的设计更复杂，同时立钻的精度也很难保证，因为立钻孔时滑台就要竖起来，排屑、润滑不是很方便，所以本设计采用卧式钻孔。

2.3组合机床切削用量的选择

组合机床的正常工作与合理地选择切削用量，即确定合理的切削速度和工作进给量有很大关系，切削用量选得恰当，能使组合机床以最少的停车损失、最高的生产效率、最长的寿命和最好的加工质量，也就是多快好省地进行生产。

在确定切削用量时应注意如下问题：

切削用量的选择要尽量达到合理的利用所有刀具，充分发挥其性能，组合机床的动力头往往同时工作的刀具有多个，而切削用量各有特点，故需要适当调整，使其协调一致。

复合刀具切削用量选择的特点，进给量按复合刀具最小直径选择，切削速度按复合刀具最大直径选择。

在选择切削用量时，必须注意通用部件的性能。

总之，要从实际出发，据加工精度、加工材料、工作条件和技术要求，

按经济地满足加工要求选用合适的切削用量。

根据本加工工序所加工的机体挺杆孔零件的具体实际，按照文献[2]表6-11，得如下的切削用量：

钻：

V=11.3m/min，f=0.18㎜/r；

2.4绘制组合机床的三图一卡

组合机床的总体设计方案确定后，需绘制其“三图一卡”，这些图纸包括：

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，为后面的设计提供基本的设计依据。

2.4.1被加工零件工序图

（1）被加工零件工序图的作用和要求

被加工零件工序图是根据选定的工艺方案表示在一台机床上或自动线上完成的工艺内容，加工部位的尺寸精度、技术要求、加工用定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料硬度和在本机床加工前毛坯情况的图纸，它是在原有的零件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。

它是组合机床设计的主要依据，也是制造时调整机床、检查精度的重要技术文件。

（2）被加工零件工序图的包括下列内容：

（a）在图纸上应表示出被加工零件的形状，尤其是要设置中间导向时应表示出工件内部肋的布置和尺寸，以便使检查工件装进夹具是否相碰以及刀具通过的可能性。

（b）在图纸上应表示出加工用量基面和夹具的方向及位置，以便依此进行夹具的支承、定位及夹压系统设计。

（c）在图纸上应表示出加工表面的尺寸、精度、光洁度、位置尺寸及精度和技术要求。

（d）图中还要说明被加工零件的名称、材料、硬度以及被加工部位的余量。

根据上述要求绘制了柴油机挺杆孔加工工序图，如图ZH1130CT03所示。

2.4.2被加工零件加工示意图

加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体方案中占有重要的地位，它是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的依据，加工示意图要反映机床的加工过程和加工方法，并决定接杆的尺寸、刀具种类及数量，刀具长度及加工尺寸、主轴尺寸及伸出长度等。

根据机床要求的生产率及刀具特点，合理地选择切削用量，决定动力头工作循环。

A加工示意图的编制

a.刀具的选择：

本次设计的组合机床采用复合钻头。

b.刀具的材料：

刀具的材料为高速钢；刀具的型号为：

GB3668

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c.导向结构的选择：

组合机床上加工孔时，其尺寸和位置都是依靠夹具导向来保证的。

如何正确的选择导向结构。

确定导向参数和精度，设计组合机床的重点内容，也是绘制加工示意图时要解决的问题。

1）正确地选用导向类型，在加工小孔时，其导向部分直径较小，旋转线速

度一般小于20m/min，通常是采用固定式导向。

刀具或刀杆在导套内既转动又移动，这种导向方法精度好，但易磨损，不利于保证精度。

2）正确地选择导向形式和结构，必须根据导向的旋转速度、刀具工作条件

等具体情况，选择导向的形式和结构，本组合机床可选固定导向。

3）确定导向数量：

导向数量可根据工件形状、刀具的刚性及工作情况来决

定，通常钻小孔时导向一般采用一个，本组合机床的设计采用双导向结构。

4）导向参数的选择：

导向参数要根据导向的形式、被加工零件形状和加工精度要求以及刀具的刚性来决定。

在决定导向精度时，应当保证刀具开始切削时其导向部分进入导套的长度不小于一个导向直径。

（具体选择情况见加工示意图ZH1130CT02）

d.接杆的选择：

为了提高加工精度的影响，在采用长导向或多个导向钻孔时，钻杆与主轴均用浮动卡头相连接，在选接杆时，尽量避免采用直径为￠15㎜的主轴通用标准接杆有大小型之分，其规格尺寸随接杆号不同而导，接杆主要是决定其号数，应据刀具尾部莫氏锥度和主轴外伸部分内孔确定，因为刀具是随其尾部压入接杆的莫氏锥度中，而接杆则是旋入主轴内，通过平键和两个紧定螺钉固定。

一般情况下，所选用的刀具长度是一定的。

多轴箱中主轴结构也是标准的，其外伸量也是一定的，只有在它们之间再装不同长度接杆，使多个刀具能够满足同时加工各孔的加工要求。

考虑孔大及莫氏锥孔号的原因取主轴箱直径为￠40/28，外伸长度为115㎜。

接杆的选择只需要选择其号数，应根据刀具尾部结构和主轴外伸部件的孔径d而定，接杆长度的选择时应注意主轴箱端面被加工零件端面在加工终了时其长度是一定的。

当L﹤520㎜时，按5倍数取。

当L﹥520㎜时，按10的倍数选取。

e.动力头工作循环:

是指加工时动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置又返回原始位置的工作过程，一般包括快速引进，工作进给和快退等动作，有时还要有中间停止，多次往复进给以及跳跃进给等。

1）工作进给长度的确定

本机床采用的是单工序，只有一次进给，进给长度被加工部位长度与刀具切入和切出长度之和。

图2-1加工工序示意图

动力头工作进给长度是按加工长度最大孔来选取，切入一般为5～10㎜。

由于端面为毛坯，为提高生产率考虑，本组合机床取切入长度为10㎜

动力头的切出长度的确定:

根据公式文献[1]第72页：

钻孔时切出长度为

（2-1）

故取10㎜。

动力头工进长度：

2）快速引进长度的确定

快速进给的长度是动力头把刀具送到工作进给的位置，其长度按具体工作情况确定，根据本组合机床的特点选取为：

150㎜

3）快速退回长度的确定

快速退回的长度等于快速引进和工作进给长度之和

4）动力头总行程的确定

动力头总行程除满足工作循环所需长度外，还要考虑装卸和调整刀具的方便性。

装卸刀具的理想情况是：

刀具退离导向套外端面的距离，要大于刀杆插入主轴孔内的长度，本组合机床据动力头标准选取，其总行程为400㎜。

5）动力头工作循环中的一些特殊要求

当挡铁停留在加工端面截止口时，为控制深度尺寸孔的倒角及保证加工精度，采用死挡铁停留，使刀具在无进给下旋转再自动快退，本机床是采用电气装置来实现的。

6）动力部件的选择

动力部件用以实现切削刀具的旋转和进给运动或只用于进给运动（动力滑台）是组合机床最主要的通用部件。

组合机床的动力部件有多种结构型式和不同的传动方式，就传动方式而言，本设计的组合机床主运动为机械传动（GB3668.4-1983），而进给运动则采用电气控制传动。

7）电动机功率的确定

每种动力头都有一定的功率范围，根据切削用量计算功率及进给功率的需要，并适当提高切削用量的可能性，选用相应规格的动力头：

﹥

（2-2）

式中，

表示动力头的功率；

表示切削功率，按刀具选用切削用量计算；

η表示传递效率，本组合机床设计中取0。

刀具进给速度

（2-3）

式中,n表示主轴转速（V/min）

f表示进给量（㎜/r）。

（2-4）

（2-5）

（2-6）

式中,

；

刀具切削速度

（2-7）

式中，D表示钻头直径（㎜）；

S表示每转进给量（㎜）；

表示修正系数。

所以：

所以选电动机功率为2.2kw型号：

TD32

f.机械滑台的确定

机械滑台是由滑座、滑鞍和驱动装置等组成直线进给运动的动力部件，滑台还有液压滑台，本设计之所以选择机械滑台，是因为机械滑台具有以下优点：

稳定、慢速无爬行、高速无振动，可以降低加工工件的表面粗糙度

有较好的抗冲击能力，断续钻头钻通孔将要出口时，不会因冲击而损坏刀具。

动安全可靠易发现故障，调整维修方便。

没有液压驱动的管路、泄露、噪声和液压占地的问题

另外，液压有以下缺点：

1）给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定；

2）液压系统漏油影响工作环境；

3）调整维修比较麻烦。

由于以上原因，结合本设计具体情况选型号为HJ32IA的机械滑台，它的宽度为320㎜，长度为630㎜，最大行程量为400㎜。