TY2100柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及夹具设计.docx

1、 TY2100 柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及夹具设计柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及夹具设计 目 录 1 前言 1 2 组合机床总体设计 3 2.1 总体方案论证 3 2.1.1 加工对象工艺性分析 3 2.1.2 机床配置型式的选择 3 2.1.3 定位基准的选择 3 2.2 确定切削用量 4 2.2.1 选择切削用量 4 2.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率 5 2.3 三图一卡设计 8 2.3.1 被加工零件工序图 10 2.3.2 加工示意图 9 2.3.3 机床联系尺寸图 10 2.3.4 机床生产率计算卡 11 3 组合机床夹具设计 13 3.1.1 零件的工艺性分析 1

2、3 3.1.2 夹具设计的基本要求 13 3.2 定位方案的确定 13 3.2.1 定位方案的论证 14 3.2.2 定位基准的选择 15 3.2.3 定位的实现方法 15 3.3 误差分析 15 3.3.1影响加工精度的因素 15 3.3.2保证加工精度的条件 16 3.4 夹紧方案确定 17 3.4.1 夹紧装置的确定 17 3.4.2 夹紧力的确定 18 3.4.3 夹紧液压缸的选择 19 3.5 导向装置的选择 20 3.5.1 镗模型式的选择和设计 20 3.6 夹具体确定 20 4 结论 22 参考文献 23 致 谢 24 附 录 25 1 前言 组合机床是根据工件加工需要,以大量

3、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。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型

4、箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额),完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换,配以可编程序控制器()、数字控制()等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外,近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机(

5、清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线)等在组合机床行业中所占份额也越来越大。二十世纪 70 年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗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。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。国内组合机床近几年取得了长足的进步，但是与发达国家相比，在产业结构、产品水平、开发能力、产业规模、制造技术水平、劳动生产率、国内外市场占有率等诸 多方面尚存在不少差距。在组合机床方面，总体水平不高，国际竞争力不强，不能充分满

6、足国内建设需要，关键技术过分依赖国外，自主发展能力薄弱，高技能人才的比较优势有弱化的危险，产品质量不稳定，用户服务水平差距较大。本次设计的课题是 TY2100柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及夹具设计。该课题来源于江淮动力集团。该集团生产的 S195 柴油机、ZH1105柴油机销路十分走俏，市场需求量大，畅销国内外市场。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。由于柴油机机体需大批量生产，为了提高加工精度，降低成本，有必要设计一种组合机床来满足柴油机机体上下两面同时钻孔的需要。本次设计分总体设

7、计、夹具设计、液压系统设计三部分。我主要负责夹具部分的设计，总体设计由我和另外二位同学共同完成。在设计组合机床过程中，组合机床夹具的设计是整个组合机床设计工作的重要部分之一。虽然夹具零件的标准化程度高，使设计工作量大为减少，设计周期大为缩短，但在夹具设计过程中，在保证加工精度的前提下，如何综合考虑生产率、经济性和劳动条件等因素，还有一定的难度。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

8、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。在总体设计中，首先是被加工零件的工艺分析，然后是总体方案的论证，在比较了许多方案之后，结合本道工序加工的特点最终选择立式双面的机床配置型式。再结合本道工序的特点选择刀具。根据选择的切削用量，计算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再确定刀具的大小和型式。在确定这些设计计算后，然后是绘制组合机床的“三图一卡”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。在第 3章中，主要介绍了夹具的设计。夹具设计是组合机床设计中的一个重要的组成部分。夹具设计时，首先确定工件的定位方案，然后选择夹紧方案，估算夹

9、紧力大小，选择夹紧液压缸的型号，最终完成夹具的零部件设计。最后根据计算结果绘制夹具装配图和主要的零件图。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 A.本机床被加工零件特点 该加工零件为 TY2100 柴油机机体。材料 HT250，其硬度为 HRC56-62，在本工序之前无已加工的孔。B.本机床被加工零件的加工工序及加工精度 此次设计的组合机床是完成 TY2100柴油机机体上 2个缸孔的加工，其具体的加工工艺如下:直接粗镗 117 0.27 孔，深 8.6 111.5孔，深 11.7 112 0.27孔，深 27 2.1.2机床配置型式的选择 根据选定的工艺方

10、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。对同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采取哪种方案时，绝不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种方案的对比，从中选择最佳方案。各种形式的单工位组合机床，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。但其机动时间不能与辅助时

11、间重合，因而生产率比多工位机床低。机床的配置型式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。在认真分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案，又由组合机床的特点及适应性，确定设计的组合机床的配置型式为立式液压型式粗镗组合机床。2.1.3 定位基准的选择 被加工零件为 TY2100 柴油机机体体属箱体类零

12、件，本工序加工为粗镗两缸孔，加工工序集中、精度要求高。由于箱体零件的定位方案一般有两种，“一面两孔”和“三平面”定位方法。A.“一面双孔”的定位方法 它的特点是：a.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。b.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。c.“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。d.易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切削落于定位基

13、面上。B.“三平面”定位方法 它的特点是：a.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。b.有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序。本机床加工时采用的是一面两销的定位方式。即一面是缸体底面，限制了三个方向的自由度；圆柱销限制了两个方向的自由度；菱形销限制了一个方向的自由度。通过一个平面和两个定位销限制其六个自由度，这样工件的 6 个自由度被完全约束了也就得到了完全的定位。2.2 确定切削用量 2.2.1 选择切削用量 对于粗镗 2个孔时，采用查表法选择切削用量，从文献1P.132 表 6-15中选取。镗孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，使刀具寿命有所降低。降低切削速度主

14、要是为了提高刀具寿命，并使加工较深孔时镗刀的的寿命与加工其他浅孔时镗刀的寿命比较接近。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、机床的布局形式及正常工作均有很大影响。组合机床多轴箱上所有的刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。查文献1,40Gr镗刀的切削用量如表 2-1：表 2-1 镗孔切削用量 工序 刀具材料 铸铁 粗镗 40Gr 35-50 0.4-1.5 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）,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

15、间最长、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。A.粗镗 117 0.27 孔 由,又 d=117mm,初选 n=173r/min,f=0.45mm/r.由（22)得:=63.6m/min B.直镗 112 0.27 孔 由,又 d=112mm,初选 n=173r/min,f=0.45mm/r.由（22)得:C.直镗 111.5 孔 由,又 d=111.5mm,初选 n=173r/min,f=0.45mm/r.由（22)得:表 2-2 加工各个孔的

16、进给量，工进速度及切削速度 孔径 切削用量 117 112 111.5 v(m/min)63.6 60.9 60.6 f(mm/r)0.45 0.45 0.45 n(r/min)173 173 173 2.2.2 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：（2-3）（2-4）（2-5）（2-6）式中，-圆周力（）；-轴向切削力（）；T-切削转矩（N）；P-切削功率（kW）；v-切削速度（m/min）；f-进给量（mm/r）；D-加工直径（mm）；HB 布氏硬度。，在本设计中，由以上公式可得：B.基准位移误差 由于定位基准的误差或定位支撑点的误差而造成的定位基准位移，即工件实际位置对确定位置的理想要素的误差，这种误差称为基准位移误差，以表示。不同的定位方式，其基准位移误差的计算方式也不同，此夹具定位是采用的“一面两销”定位的方法，所以要计算的不仅是平面支撑定位的位移误差，而且还要计算两个销定位时的定位误差。C.在一面双孔定位中的转角误差 当工件以一面两孔定位、夹具以一面双销定位时，应在分析定位的基准位移误差的基础上，根据加工工序尺寸标注，通过几种关系转换