柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及镗模设计方案.docx

1、柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及镗模设计方案柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及镗模设计摘 要：组合机床是以系列化、标准化的通用部件为标准，配以少量的专用部件组成的一种高生产率专用机床。它具有自动化程度较高，加工质量稳定，工序高度集中等特点。本次课题是设计一台加工S195型柴油机气缸体水箱面、油底壳面和后盖板面孔系的粗镗组合机床，具体进行总体设计和镗模设计。被加工零件为S195型柴油机气缸体，工件材料为HT200，三个面共加工13个孔，工件一次装夹，三面同时加工。为满足设计要求，进行工艺设计，确定所需的“三图一卡”。机床配置型式为单工位三面卧式组合机床，刀具选用镗刀。根据工艺过程的需要对工件的

2、定位夹紧方式进行分析，设计满足使用的夹具，夹紧方式为液压夹紧。本组合机床，成本低，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整，加工精度高，操作使用方便，减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。关键词：组合机床；总体设计；夹具设计. 本设计来自：完美毕业设计网登陆网站联系客服远程截图或者远程控观看完整全套论文图纸设计客服QQ：8191040The Overall and Jig Design of Three-side Boring Modular Machine Tool for Cylinder Body of Diesel EngineAbstract:The modular machi

3、ne tool is based on serialization and standardization of the general components of the standards, coupled with a small number of special components, which is consisted of a special high productivity machine. It has such characteristics, high degree of automation , stable process quality, highly work

4、ing procedure centralize. The subject design is a Three-side boring modular machining tool which processes water tank face, oil rind face and back cover board face of S195 cylinder body of diesel engine. The overall and jig design is important. Processed parts for cylinder block of S195 diesel engin

5、e, the tap of workpiece material is HT200, it bores 13 holes on the three faces, the workpiece is fixed one time, the three faces are processed at the same time. To meet the requirements of the design, process design is necessary. “Three plans and one card” is needed to be ascertained. The positioni

6、ng model of machine tool is single working procedure horizontal modular machine tool, it is selectedbore. According to the needs of technics process, it will analyse orientation and clamp methods of workpiece and design the necessary jig. The clampling means is hydraulic pressure clamping. The modul

7、ar machine tool has such characteristics, low-cost, reliable work, simple structure , assemble and disassemble convenience, ease of maintenance and adjust, highly processing precision, easy to operate, reducing the workers labor intensity, and it enhances the productivity.Key words: Modular machine

8、tool。 Overall Design。 Design of jig.目 录1 前言11.1 课题内容11.2 课题来由11.2.1 课题背景11.2.2 课题要求11.3 组合机床国内外发展概述11.4 本课题主要解决的问题和总体设计思路22 组合机床总体设计32.1 总体方案论证32.1.1工艺方案的拟订32.1.2机床配置形式的选择32.1.3定位基准的选择42.1.4滑台型式的选择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62.2.3选择刀具结构72.3组合机床总体设计三图一卡72.3.1被加工零件工序图72.3.2加工示意图72

9、.3.3机床尺寸联系总图102.3.4机床生产率计算卡123镗模设计143.1镗模设计的基本要求和步骤143.1.1镗模设计的基本要求143.1.2镗模的设计步骤143.2定位与导向方案的确定143.2.1零件的工艺性分析143.2.2定位方案的论证153.2.3导向装置153.3夹紧方案的确定163.3.1夹紧装置的确定163.3.2夹紧力的确定173.3.3气缸的选择183.4夹具体的设计183.5误差分析184 结论22参考文献23致谢24附录251前 言1.1 课题内容本组课题是设计一台三面粗镗孔卧式组合机床，来保证S195柴油机气缸体三面孔加工及保证相应的位置精度，在完成机床总体设计

10、和绘制“三图一卡”的基础上，主要完成镗模的设计。1.2 课题来由本课题来自江淮动力集团。1.2.1 课题背景近年来，随着制造业的发展，普通机床已经越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。江动集团在生产S195柴油机时，其气缸体的加工效率比较低，跟不上生产指标，气缸体的加工精度比较高，普通机床加工比较困难，现需要设计一台组合机床用以实现S195柴油机气缸体的加工。1.2.2 课题要求本加工工序的内容是：右侧面：镗曲轴孔192、75，扩平衡轴孔250，钻凸轮轴孔34；左侧面：扩平衡轴孔250，凸轮轴孔45，钻起动轴孔36，调速轴孔24；后面：镗缸套孔115，108，107。位置公差为0.

11、30mm。粗糙度为：镗孔，钻、扩。为了保证零件的加工精度，在整个设计过程中应满足以下几点要求：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。c.装卸方便，便于维修，调整。d.主轴箱能满足机床总体方案的要求(转速，转向，功率，坐标要求。1.3 组合机床国内外发展概述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，

12、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、镗孔、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、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。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。最早的组合机床是1908年在美国制成的，用于加工汽车零件。组合机床的设计，目前基本上有两种方式：其一，是根据具

13、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。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以

14、提高机床的利用率。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。1.4 本课题主要解决的问题和总体设计思路本设计主要针对原有的S195机体左、右、后三个面上13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。夹具部分的设计，首先，在完成对组合机床的总体设计并绘制出“三图一卡”的基础上，绘制夹具设计的装配图；夹具设计是组合机床设计中的重要部分，夹具设计的合理与否，直接影响到被加工零件的加工精度等参数。首先确定工件

15、的定位方式，然后进行误差分析，确定夹紧方式，夹紧力的计算，对夹具的主要零件进行结构设计。在夹具设计中，设计的主要思路是把原有的手动夹紧改为液压夹紧方式，这样设计主要优点是：液压油油压高、传动力大，在产生同样原始作用力的情况下，液压缸的结构尺寸比气压小了许多，液压油的不可压缩性可使夹具刚度高，工作平稳、可靠，液压传动噪声小，劳动条件比气压的好。解决了手动夹紧时夹紧力不一致、误差大、精度低、工人劳动强度大等缺点。 2组合机床总体设计2.1总体方案论证本设计的加工对象为S195柴油机机体，材料为HT200，硬度为170-220HBS2.1.1工艺方案的拟定A 本机床加工零件特点本设计的加工对象为S1

16、95柴油机机体，材料是HT200，其硬度HB170-220。在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。为了正确拟定组合机床的工艺方案，除了对加工零件工序内容及特点进行分析，我们还参观了东风拖拉厂，江淮动力集团，红旗机床厂，具体了解了各厂产品的加工情况，各加工工序的关键技术要点等。为我们全面了解该柴油机机体的具体情况，拟定组合机床工艺方案又对被加工工件基准，加工工序进行分析，打下了牢固的基础。B本机床加工工序及加工精度。被加工零件在本组合机床上完成的工序及加工精度，是制定机床 工艺方案的主要依据。本机床加工零件的工序内容：钻、扩、镗左面、右面、后面的孔，由本设备“S195柴油机机体三面镗组合机床

17、”完成，因此，本设备的主要功能是完成柴油机机体左、右、后三个面上13个孔的加工。具体加工内容是：右侧面：镗曲轴孔192、75，扩平衡轴孔250，钻凸轮轴孔34；左侧面：扩平衡轴孔250，凸轮轴孔45，钻起动轴孔36，调速轴孔24；后面：镗缸套孔115，108，107。位置公差为0.30mm。粗糙度为：镗孔，钻、扩。本次设计技术要求：机床应尽可能满足加工要求，保证加工精度；机床运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整；机床尽可能用通用件4060,硬度大于170220HBS，选择v=1018m/min,f0.30.4mm/r,又d=50mm，取定v=15.7m/min,f=0.395

18、mm/r,则由文献1P43公式： (2-1得：n=100015.7/50=100r/minb.曲轴孔3192，通孔，l=20mm由于硬度大于170220HBS，选择v=3550m/min,f0.41.5mm/r,又d=192mm,取定v=48m/min,f=0.51mm/r, 得：n=100048/192=80r/minc.凸轮轴孔6 34, 通孔，l=26mm由于硬度大于170220HBS，选择v=3550m/min,f0.41.5mm/r,又d=192mm,取定v=48m/min,f=0.51mm/r, 得：n=100013.5/34=130r/minB.对左侧面上5个孔的切削用量的选择a

19、.平衡轴孔12 250,通孔，l=18mm由d4060,硬度大于170220HBS，选择v=1018m/min,f0.30.4mm/r,又d=50mm，取定v=14.1m/min,f=0.385mm/r,则n=100014.1/50=90r/minb.起动轴孔4 36,通孔，l=30mm由d2250,硬度大于170220HBS，选择v=1018m/min,f0.250.4mm/r,又d=36mm，取定v=14.7m/min,f=0.27mm/r,则n=100014.7/36=130r/minc.调速轴孔5 24,通孔，l=34mm由d2250,硬度大于170220HBS，选择v=1018m/m

20、in,f0.250.4mm/r,又d=24mm，取定v=10.5m/min,f=0.25mm/r,则n=100010.5/24=140r/mind.凸轮轴孔6 45,通孔，l=26mm由d4060,硬度大于170220HBS，选择v=1018m/min,f0.30.4mm/r,又d=45mm，取定v=14.1m/min,f=0.35mm/r,则n=100014.1/45=100r/minC.对后面上的孔的切削用量的选择缸套孔7 115 、118为阶梯孔、107孔、通孔，l=27.5mm,l=30mm,由于硬度大于170220HBS，选择v=3550m/min,f0.41.5mm/r,又d=11

21、5mm，取定v=35m/min,f=0.65mm/r,则n=100035/115=97r/min孔的编号见被加工零件工序图）2.2.2计算切削力、切削扭矩及切削功率根据文献1P134表6-20中公式钻孔： 2-2） 2-3） 2-4）扩孔： 2-5） 2-6） 2-7）镗孔： 2-8） 2-9） 2-10） 式中，F切削力N）；T切削扭矩Nmm）P切削功率Kw）；ap切削深度mm）；ap=1.25mm）；HB布氏硬度，在本设计中，得HB=203。由以上公式总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和右面Pw=1.356+0.0702+0.997+0.532=3.025Kw左面Pw=0.0622

22、+1.026+0.480+0.059=1.689Kw后面Pw=1.529+1.442+1.425=4.396Kw实际切削功率根据9，P=1.52.5）Kw,因为是多轴加工，取定P右=1.53.025=4.538KwP左 =21.689=3.378KwP后 =1.54.396=6.594Kw2.2.3 选择刀具结构一台机床刀具选择是否合理，直接影响到机床的加工精度、生产率及工作情况。根据S195柴油机机体的三面加工尺寸精度、表面粗糙度，切削的排除及生产率要求等因素。所以粗加工气缸体的缸套孔118H10、118H8，曲轴孔195H7、78H7的刀具采用硬质合金组成的镗刀；加工平衡轴孔2-52M7，

23、凸轮轴孔47H7的刀具采用高速钢锥柄扩孔钻，加工调速轴孔25V7，起动轴孔37H7，凸轮轴孔35H7的刀具采用高速钢标准锥柄长麻花钻。2.3 组合机床总体设计“三图一卡”2.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床或自动线）上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。2.3.2 加工示意图加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘

24、制的。是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。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，刀具种及数量，刀具长度及加工尺寸，主轴尺寸及伸出长度，主轴、刀具、导向与工件间的联系尺寸等。根据机床要求的生产率及刀具特点，合理地选择切削用量，决定动力头的工作循环。A刀具的选择刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。孔2-50、45分别选择刀具50、45的扩扎钻；孔24、36、34分别选择刀具24、36、34的麻花钻；孔192、75、115、108、107分别选择镗刀刀具截面为BB=1616、2020mm。B导向机构的选择在组合机床加工孔时，除用刚性主轴的方案外，其尺寸和位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用是：保证刀具相对位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支承刚性。a.本课题中加工的13个孔中，钻、扩孔的导向部分直径较小，导向表面旋转线速度均小于20m/min,所以导向装置选用固定导套，且采用单导向。镗孔导向直径较大，旋转线速度较高大于20 m/min），采用旋转导向利于减轻磨损和持久保持精度），且采用导向。b.导向参数的选择：导套直径、导向长度及导向套到工件端面距离，导向长度可按经验公式：L=Z-3）d来确定。导向套端面至工件端面距离是为了排削方便，