ZH1105柴油机齿轮室盖多孔钻组合机床总体及夹具设计.docx

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ZH1105柴油机齿轮室盖多孔钻组合机床总体及夹具设计

ZH1105柴油机齿轮室盖多孔钻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。

为了提高柴油机齿轮室盖得生产效率，满足被加工零件的精度要求，本课题设计了一台用于加工ZH1105柴油机齿轮室盖多孔钻孔的组合机床。

本组合机床可以同时加工ZH1105柴油机齿轮室盖左面上的6个M6的螺纹底孔、6个∅20的平面；右面上的6个∅10的光孔、1个M14的螺纹底孔、1个M8的螺纹底孔3个∅10的光孔；后面上的3个∅9的光孔、1个M12的螺纹底孔。

本课题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，采用方便可靠的一面两销的定位，以工件的左面作为主定位面限制3个自由度，由一个圆柱定位销限制2个自由度，由一个削边定位销限制剩下的一个自由度，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液压夹紧方式，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

本设计来自：

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DesignofGeneralandFixtureofModularMachineToolforPorousDrillingofHousingCoverforGearofZH1105

Abstract:

Modularmachinetoolisaspecial–purposemachinetoolconsistedthatiswithalargenumberofgeneral-purposecomponentsandasmallnumberofspecial-purposecomponents.Inordertoimprovethehousingcoverforgearefficiencyandsatisfytheprecisionoftheprocessedparts,thesubjectaimsatdesigningamodularmachinetoolusedfordrillingholes,whichareonthreesideofhousingcoverforgearofZH1105.Themodularmachinetoolcanprocess6basicholesofM16screw,countersinksixdiaphragmswhichthediameteristwentyontheleftsideofhousingcoverforgearofZH1105;sixdiaphragmswhichthediameteristen,onebasicholesofM14screw,onebasicholesofM8screwandthreediaphragmwhichthediameteristenontherightside,andthreediaphragmswhichthediameterisnine,onebasicholesofM12screwontherightside.Thedesignmainlyillustratesthegeneraldesignofthemodularmachinetoolandthefixturedesign.Onthebasisofmeettingthetechnicalrequirements,thecompletionofthetechnologicaldrawingofthepartwhichneedtobemanufactured,thegeneraldrawingofmodularmachinetool，drawingofcutterdisplayandtheefficiencycardofmanufacture,anddeterminesthegenerallayoutprogramofthemodularmachinetool.Intheprocessofdesigningthefixture,usetheconvenientandreliablepositioningofthetwoholesonthesamesideareused,andthebottomoftheworkpieceispositionedasamajorsidewhichrestrictsthethreedegreesoffreedom,acylindricalpinrestrictstwodegreesofthefreedom,acuttingedgepinrestrictstheleftdegreesofthefreedomsothatitrestrictssixdegreesofthefreedomoftheworkpiece.Thefixtureofthemodularmachinetoolusesthesafeandconvenienthydraulicclamping,designsthegeneralstructureandmajorpartsoffixture,carriesontheerroranalysisandcalculationsofclampingforce.

Themodularmachinetoolcannotonlyguaranteetheaccuracyofdrillingtheholes,butalsoenhancetheprocessingefficiencyandreducethelaborintensity.

Keyword:

Modularmachinetool;Drilltheholes;Designoffixture

目录

1引言1

1.1概述1

1.2课题设计的总体思路2

2组合机床总体设计3

2.1总体方案论证3

2.1.1被加工零件的特点3

2.1.2工艺路线的确立3

2.1.3机床配置型式的选择4

2.1.4定位基准的选择5

2.1.5选用滑台传动型式5

2.2确定切削用量及选择刀具5

2.2.1选择切削用量5

2.2.2计算切削力、切削扭矩及切削功率6

2.2.3选择刀具结构7

2.3组合机床总体设计—三图一卡8

2.3.1被加工零件工序图8

2.3.2加工示意图8

2.3.3机床联系尺寸图10

2.3.4机床生产率计算卡12

3夹具设计15

3.1概述15

3.1.1机床夹具在机械加工中的作用15

3.1.2机床夹具的分类16

3.1.3机床夹具的组成16

3.2夹具的设计步骤及内容16

3.2.1柴油机齿轮室盖钻孔的工艺分析16

3.2.2定位方案的分析17

3.2.3定位元件的设计17

3.2.4定位误差的计算18

3.2.5夹紧方案的分析19

3.2.6夹紧力的确定与计算20

3.2.7夹紧液压缸的选择22

3.2.8夹具体的设计22

3.2.9其它元件的设计23

3.2.10夹具的精度分析23

4结论25

致谢26

参考27

附件清单28

1引言

1.1概述

本次设计的课题是ZH1105型柴油机齿轮室盖多孔钻孔组合机床总体及夹具设计。

该课题来源于盐城市江淮动力。

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。

组合机床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，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。

正如[1]一中所说，组合机床对多孔钻削加工具有较大的优势，它按孔的坐标分布位置实行一次加工，保证了孔的坐标位置尺寸精度。

这也是本次设计的目的所在，设计这台组合机床，就是为了在保证加工精度的基础上，提高生产效率。

组合机床的设计，目前基本上有两种方式：

其一，是根据具体加工对象的特征进行专门设计，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，广大工人和技术人员总结出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”。

这种组合机床不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工零件的具体需要，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。

总之，组合机床一般用于加工箱体类或特殊形式的零件。

加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、钻孔孔、铣削端面、切削平面、切削内外螺纹以及加工圆和端面等。

二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、钻孔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。

本设计主要的内容：

针对原有的ZH1105齿轮室盖左、右、后三个面上37个孔多工序加工、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。

本人的设计分工是总体设计和夹具部分的设计，主轴箱部分的设计由同组其他同学担任。

总体设计：

制定工艺方案，确定机床配置型式及结构方案；三图一卡设计，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。

夹具设计：

夹具总装图，夹具体零件图，其它零件图，有关计算、校核等。

本次的设计思路：

工艺方案的拟订：

为工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。

因此，在确定工艺方案制定合理之前，通过毕业设计实习深入现场了解了被加工零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求，根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用的工艺方法、充分考虑各种因素，并经技术经济分析后拟订出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。

确定机床配置型式及结构方案：

据工件的结构特点、工艺要求、生产率要求、工艺方案等，确定本课题的配置型式，采用工序集中进行加工。

定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构型式。

总体设计：

选定了工艺方案并确定了机床配置型式、结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。

其内容包括：

被加工零件图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。

一般，在总体设计的过程中，需要对机床夹具方案进行考虑，画出夹具方案草图，并要初定出主轴箱轮廓尺寸，这样才能够确定出机床各部件间的相互关系。

夹具设计：

夹具是组合机床的重要专用部件。

根据确定的工艺和结构方案，按照加工示意图和机床联系尺寸图等开始设计，绘制夹具总装配图，在绘制好的夹具总装配图的基础上，绘制所有的非标准零件图。

1.2课题设计的总体思路

设计思路：

A.工艺方案的确定在确定工艺方案之前，需要通过实习对被加工零件的结构特征的了解，并对加工精度，加工位置和加工要求的熟悉，有利于确定经济可行的方案。

B.机床配置及结构的确定根据零件的结构，选择合适的机床结构，尽可能多选用公用部件和标准件。

C.总体设计在确定前面的方案的时，通过计算得到生产率卡和绘制“三图”，根据计算选择合适的主轴箱的轮廓尺寸和动力设施。

D.夹具的设计首先确定夹紧方案、定位方式和夹紧力的计算，然后选用相应的标准部件和标准件，绘制夹具装备图和夹具的相关的零件图。

本次设计的组合机床同时加工三个端面，大大提高了生产效率，降低了劳动强度，从而降低了零件的加工成本。

2组合机床总体设计

组合机床的总体设计要注重工件及其加工的工艺分析，制订出合理的工艺方案，才能设计出合理的专用机床。

根据指定的加工要求，提出若干个工艺方案，选择最优的。

工艺方案的确定决定了专用机床的结构、性能、运动、传动、布局等一系列问题。

所以，工艺方案设计是专用机床的重要环节。

2.1总体方案论证

2.1.1被加工零件的特点

该组合机床的加工对象是柴油机齿轮室盖，材料是HT250，硬度为HB190～240.属于箱体零件，结构复杂。

2.1.2工艺路线的确立

被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序，以及应保证的加工精度是制定机床方案的主要依据。

如图2-1：

被加工对象为ZH1105柴油机齿轮室盖，材料为HT250。

图2-1柴油机齿轮室盖

本次加工的零件是柴油机齿轮室盖，其主要加工工序是：

工序1：

粗铣底面；

工序2：

粗铣左、右端面；

工序3：

粗铣前、后端面；

工序4：

半精铣底面；

工序5：

半精铣左、右端面；

工序6：

半精铣前、后端面；

工序7：

粗钻孔孔；

工序8：

精钻孔孔；

工序9：

钻左、右、后面的孔；

工序10：

攻螺纹。

本道工序为第9道工序，主要钻左、右、后三面上的27个孔。

具体加工内容是：

（1）左侧：

（A）加工6-M6-7H螺纹底孔，钻孔至尺寸6-φ5，Ra12.5；（B）锪6-φ20平面，Ra12.5；

（2）右侧：

（A）加工6-φ10，钻孔至尺寸6-φ9.6，深38（通），Ra12.5；

（B）加工M14*1.5-6H，钻孔至尺寸φ12.5，Ra12.5；（C）加工M8-6H，钻孔至尺寸φ6.7，Ra12.5；（D）加工3-φ10，钻孔至尺寸3-φ9.6，深78（通），Ra12.5；

（3）后侧：

（A）加工3-φ9，钻孔至3-φ8.7，Ra12.5；（B）加工M12*1.25-6H螺纹底孔，钻孔至尺寸φ10.75，Ra12.5；

一次装夹一个零件，三个面的孔同时加工。

本次设计技术要求

a.机床应能满足加工要求，保证加工精度；

b.机床应运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整；

c.机床尽可能用通用件（中间底座可自行设计）以便降低制造成本；

d.机床各动力部件用电气控制。

2.1.3机床配置型式的选择

机床的配置型式有立式和卧式两种,如图2-1和图2-2两种

图2-2卧式组合机床结构

图2-3立式组合机床结构

立式机床的优点是占地面积小，自由度大，操作方便，其缺点是机床重心高，振动大。

卧式机床的优点是加工和装配工艺性好，振动小，运动平稳，机床重心较低，精度高，安装方便，其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。

机床的配置型式在很大程度上取决于被加工零件的大小、形状及加工部位等因素。

卧式机床多用于加工孔中心线与定位基准面平行的情况，而立式机床则适用于加工定位基面是水平的，而加工的孔与基面相垂直的工件。

考虑到汽车变速箱箱体的结构为卧式长方体，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，也减轻了工人的劳动强度。

通过以上的比较，考虑到卧式机床振动小，装夹方便等因素，选用卧式组合机床。

2.1.4定位基准的选择

组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的。

正确选择定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的集中工序。

一般常采用一面两孔定位和三面定位。

本机床加工时采用的定位方式是一面两孔定位，以底面为定位基准面，限制三个自由度；用圆柱定位销，限制两个自由度；用削边销限制剩下的一个转动自由度，符合六点定位规律，满足相容条件。

2.1.5选用滑台传动型式

动力滑台是由滑座、滑鞍和驱动装置等组成、实现直线进给运动的动力部件。

根据驱动和控制方式不同，滑台分为液压滑台、机械滑台和数控滑台三种类型。

液压滑台采用双轨结构型式，以单导轨两侧面导向，导向的长宽比较大，导向性好;在相当大的范围内可以无级调速；可以获得较大的进给力；由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现；过载保护简单可靠；由行程调速阀来控制的快进转工进，转换精度高，工作可靠。

机械滑台采用滚珠丝杠传动，进给量稳定，慢速无爬行，高速无振动，可以降低加工工件的表面粗糙度；但是只能有级变速，变速比较麻烦；一般没有可靠的过载保护；快进转工进时，转换位置精度较低。

故选择液压滑台。

2.2确定切削用量及选择刀具

2.2.1选择切削用量

对于27个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从[1]第130页表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[1]第131页表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。

A.左侧面上12个孔的切削用量的选择

a.孔1～孔66×M6钻至6×Φ5，深15，l=15mm。

由d＞1～6，硬度大于190～240HBS，选择v=10～18m/min,f＞0.05～0.1mm/r,又d=5mm,初选v=12.8112m/min,f=0.058mm/r,则由[1]第43页公式

（2-1）

得：

n=1000×12.8112/5π=816r/min。

b.孔7～孔12锪6×Φ20，深2，l=2mm。

由d＞12～22，硬度大于190～240HBS，选择v=10～18m/min,f＞0.18～0.25mm/r,又d=20mm,初选v=13.6904m/min,f=0.22mm/r,则由公式（2-1）

得：

n=1000×13.6904/20π=218r/min。

B.右侧面上8个孔的切削用量的选择

a.孔13～孔18加工6×φ10，钻孔至尺寸6×φ9.6，深38（通），Ra12.5，l=38mm。

由d＞6～12，硬度大于190～240HBS，选择v=10～18m/min,f＞0.1～0.18mm/r,又d=9.6mm,初选v=15.78m/min,f=0.18mm/r,则由公式（2-1）

得：

n=1000×15.78/10π=523.6r/min。

b.孔19M14*1.5-6H，钻孔至尺寸φ12.5，Ra12.5，深15，l=15mm。

由d＞12～22，硬度大于190～240HBS，选择v=10～18m/min,f＞0.18～0.25mm/r,又d=12.5mm,初选v=14.8m/min,f=0.25mm/r,则由公式（2-1）

得：

n=1000×14.8/12.5π=377r/min。

c.孔20M8-6H钻至尺寸Φ6.7，深15，l=15mm。

由d＞6～12，硬度大于190～240HBS，选择v=10～18m/min,f＞0.1～0.18mm/r,又d=6.7mm,初选v=11.02m/min,f=0.18mm/r,则由公式（2-1）

得：

n=1000×11.2/6.7π=523.6r/min。

d.孔21～孔233×Φ10钻至3×Φ9.6，深78（通孔），l=78mm。

由d＞6～12，硬度大于190～240HBS，选择v=10～18m/min,f＞0.1～0.18mm/r,又d=9.6mm,初选v=15.78m/min,f=0.18mm/r,则由公式（2-1）

得：

n=1000×15.78/9.6π=523.6r/min。

B.后侧面上4个孔的切削用量的选择

a.孔24～孔26加工3×φ9，钻孔至尺寸3×φ8.7，深16，Ra12.5，l=16mm。

由d＞6～12，硬度大于190～240HBS，选择v=10～18m/min,f＞0.1～0.18mm/r,又d=8.7mm,初选v=11.49m/min,f=0.12mm/r,则由公式（2-1）

得：

n=1000×11.49/8.7π=420r/min。

b.孔27M12*1.5-6H，钻孔至尺寸φ10.75，Ra12.5，深12，l=12mm。

由d＞12～22，硬度大于190～240HBS，选择v=10～18m/min,f＞0.18～0.25mm/r,又d=10.75mm,初选v=10m/min,f=0.18mm/r,则由公式（2-1）

得：

n=1000×10/10.75π=296r/min。

2.2.2计算切削力、切削扭矩及切削功率

根据[1]第134页表6-20中公式

（2-2）

（2-3）

（2-4）

式中，

—切削力（N）；

—切削转矩（N·mm）；

—切削功率（kW）；

—切削速度（m/min）；

—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

。

由以上公式可得：

左面1～6轴F=770.4NT=574.87N·mmP=0.05kW

7～12轴F=4080.6NT=23263.6N·mmP=0.52kW

右面13～18轴F=1688.2NT=4912.65N·mmP=0.26kW

19轴F=2825.0NT=10550.27N·mmP=0.41kW

20轴F=1164.3NT=3226.10N·mmP=0.18kW

21～23轴F=1688.2NT=4912.65N·mmP=0.26kW

右面24～26轴F=1093.0NT=2945.87N·mmP=0.13kW

27轴F=1868.0NT=6090.83N·mmP=0.19kW

轴编号与孔编号相对应。

总的切削功率：

即求各面上所有轴的切削功率之和

左面因为钻孔和锪孔不在同一时间进行，故取钻、锪功率之间的较大者

=6×0.52=3.12kW

右面

=6×0.26+0.41+0.18+3×0.26=2.57kW

后面

=3×0.13+0.19=0.58kW

实际切削功率：

根据[1]，P=（1.5～2.5）Pw,因为是多轴加工，故取定P=2Pw。

则P左=1.5×3.42=4.68kW

P右=2×2.57=5.14kW

P后=2×0.58=1.16kW。

2.2.3选择刀具结构

根据工艺的要求及加工精度不同，组合机床采用的刀具一般有简单刀具（标准刀具）、复合刀具及特种刀具。

选择刀具的原则：

a）只要条件允许，为使工作可靠，结构简单、刃磨容易，应尽量选择标准刀具和简单刀具。

b）为使工序集中程度或保证加工精度，可采用先后加工或同时加工两个或两个以上表面的复合刀具。

c）选择刀具结构时，还须认真分析被加