組合專機-S195柴油機機體三面精鏜組合機床總體設計及夾具設計

組合專機-S195柴油機機體三面精鏜組合機床總體設計及夾具設計,組合,專機,s195,柴油機,機體,三面精鏜,機床,總體,整體,設計,夾具 S195柴油機三面精鏜組合機床總體設計及夾具設計 0引言 四年的大學生活即將結束，在畢業(yè)前，我們在校領導、教師的指導下，在教師的精心指導下，基本學完了機械制造及設計專業(yè)的課程，現(xiàn)進入畢業(yè)設計階段。 這次畢業(yè)設計是在實習的基礎上進行的，我們在鹽城江淮動力機廠工程技術人員的帶領下，深入車間，理論聯(lián)系實際，熟悉了S195柴油機機體的加工工藝，了解了每道工序的加工過程，仔細分析、研究了機體精鏜的結構特性，根據指導教師王正剛分配給我的任務書，并收集有關資料，為畢業(yè)設計作好準備。 Ｓ195柴油機以其設計緊湊,啟動輕便,維修簡便,技術經濟指標先進,能為手扶拖拉機、水泵、電站、運輸及多種農副業(yè)加工機械和設備作配套動力,在工農業(yè)生產中得到廣泛的應用。機體是柴油機的一個重要零件,精鏜孔又是機體加工中最關鍵的工序,機體70%以上的主要技術要求均在此工序得到保證。加工精度要求高,特別是機體氣缸套孔止口深度公差,大跨度等直徑同軸孔、平衡軸孔孔徑公差,大懸臂氣缸孔孔徑公差,曲軸孔與氣缸孔垂直度,曲軸孔與平衡軸孔、曲軸孔與凸輪軸孔軸心線平行度,氣缸套孔止口面與氣缸孔軸心線垂直度等的精度要求較高。夾具設計是機械制造廠里的一種工藝裝備，有機床夾具，焊接夾具，裝配夾具，檢驗夾具等，一般的機床夾具是作為機床的輔助機構設計的，而組合機床夾具是作為機床的主要組成部分，其設計工作是整個組合機床設計的重要部分之一。組合機床夾具應便于實現(xiàn)定位和夾壓的自動化，并有動作完成的檢查信號。 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產水平的飛速提高，設計新產品、新機床，實現(xiàn)現(xiàn)代化，提高生產率，是當前生產中的迫在眉捷的任務。我們四人一組設計專用組合機床（精鏜床）即為一臺高效能，高精度，具有工藝互換性的組合機床。 在設計工作開始之前，王正剛老師帶領我們參觀了鹽城機床廠生產流水線，讓我首先對機床溜板箱有了感性認識。在參觀的過程中，王老師認真地給我講解了其加工過程和生產方式，分析了各部件的功能特性，避免了我在以后的畢業(yè)設計過程中的盲目性。 在設計過程中，王老師及時的了解我設計中遇到的難題，幫助我解決了不少問題。由于本人對組合機床了解不多，實踐知識更是不足，王老師耐心地給我們講解有關方面的知識，使我得以在短時間內完成設計工作。同時，教導我們不管是在以后的工作還是學習中，都要保持治學嚴謹?shù)膽B(tài)度。在本次畢業(yè)設計中，王老師及其他指導老師付出了辛勤的勞動，我向他們表示衷心的感謝。 在設計過程中，由于組合機床大部分是由標準零件構成，另外一些非標準件盡量適應工廠的生產條件，使加工和維修方便，大大減少了設計工作量。 通過畢業(yè)設計，我們經受了鍛煉對所學的理論知識進行綜合運用，這對今后的工作打下了基礎，這與市校、學校領導和江淮動力機廠的工程技術人員的精心指導是分不開的。謹此表示衷心的感謝！ 限于本人知識水平有限，又沒有工作的實踐經驗，本設計中定存在不到之處，敬請老師同學批評指正，提出寶貴意見，以便及時糾正。 1 工藝方案的擬定 1.1被加加工工序工零件的加工精度和 由于機體孔的表面粗糙度在6.3~1.6微米間，且孔與孔之間有較高的位置精度要求，安排工藝應在一個安裝工位上對所有孔同時進行最終精加工。因機體孔間距較小立式加工時，有利于切屑落入下導向，造成導向精度早期走失，不利于保證加工精度，所以應用臥式床身。 為提高機床工作過程中的穩(wěn)定性，鏜頭滑臺應采用矩型導軌型式。 1.2被加工零件的特點 機體材料為鑄鐵，且機體孔分布在不同壁上，通常在一根鏜桿上安裝多個鏜刀頭進行鏜削，退刀時，要求工件“讓刀”，鏜刀頭周向定位。 被加工孔與基面相垂直，且機體的安裝方便，高度較小的細長工件，宜用臥式機床，又因機體較大，采用單工位機床加工較適宜。 1.3零件的生產批量 本組合機床生產批量較大，且多為連續(xù)生產機床，此時應將工序盡量集中在一臺或少數(shù)幾臺機床上加工，以提高機床利用率。 1.4機床使用條件 本機床使用廠地條件較好，氣候適用，國間溫度三十度左右，使用液壓傳動能正常發(fā)揮機床工作性能，其它機床機構亦都能適應使用條件。 從上述因素分析知，本方案是可行的。 2 定位基準及夾位點選擇 組合機床是針對某種零件或零件某道工序而設計的，正確選擇加工用定位基準，是確保加工精度的重要條件，同時也有利于實現(xiàn)最大限度的集中工序，從而收到減少機床臺數(shù)的效果。 a.定位基準的選擇 本機體零件有較高的孔加工精度，且在一次安裝下進行，因此，定位基準選擇機體的兩側面及底面的“三面”定位方法，它的特點是： 1）可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位。 2）有同時加工零件全部孔的可能，即能高度集中工序，又利于提高各面上孔的位置精度。 3）“三面”可做為零件全部工序的定位基準，使零件整個工藝過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉換帶來的累積誤差，有利于保證零件加工精度，同時，使機床各工序的許多部件實現(xiàn)通用化，用利于縮短設計、制造周期、降低成本。 4）易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于防止切屑落于定位基面上。 b.確定夾位位置應注意的問題 在選擇定位基面同時，要相應決定夾位位置，此時應注意的問題是： 1）保證零件夾位后穩(wěn)定 2）盡量減少和避免零件夾位后的變形 本機訂中確定的“三面”定位能基本滿足上面條件，此本案可行（詳見草圖） 另在造“三面”定位后，可彩液壓自動夾緊 本人在這次設計中的任務是設計被加工零件工序圖、加工示意圖和機床聯(lián)系尺寸圖的圖紙及生產率計算卡片的內容，包括總體方案的擬定。 3 組合機床總體設計——三圖一卡 組合機床的總體設計，就是針對具體的被加工零件，在造室的工藝和結構方案的基礎上，進行方案圖紙設計。這些圖紙包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、生產率計算卡片。機床聯(lián)系尺寸圖等，下面談談這些圖紙的設計。 3.1被加工零件工序圖 3.1.1被加工零件工序圖的設計 被加工零件工序圖是根據造定的工藝方案，表示在一臺機床上或一條自動線上完成的工藝內容、加工部位的尺寸及精度、技術要求、加工用定位基準、夾位部位，以及被加工零件的材料、硬度和本機床加工前毛坯情況的圖紙。 3.1.2主軸箱的分布 從工序圖中可知，本三面精鏜組合機床布置有三個主軸箱，它們分別為左、右主軸箱和后主軸箱。 左動力箱帶左主軸箱加工1，2，4，5，6五個孔，它們的位置分布如下： 右主軸箱加工3軸 后主軸箱加工7軸 工序圖是組合機床設計的主要依據，也是制造使用時調整機床、檢查精度的重要技術文件。 3.2加工示意圖 加工示意圖是組合機床設計的重要圖紙之一，在機床總體設計中占有重要地位，它是設計刀具、夾具、主軸箱以及選擇動力部件的主要資料，同時也是調整機床和刀具的依據。 加工示意圖，反映了機床的加工過程和加工方法，并決定浮動夾頭或接桿的尺寸，鏜桿長度，刀具種類和數(shù)量，刀具長度及加工尺寸，主軸尺寸及伸出長度、主軸、刀具、導向與工件間的聯(lián)系尺寸等，根據機床要求的生產率及刀具特點，合理地選擇切削用量，決定動力頭的工作循環(huán)。 3.2.1加工示意圖的編制方法 (1)、刀具的選擇 一臺機床刀具選擇是否合理，直接影響到機床的加工精度，生產率和工作情況。 根據機體孔的加工精度、加工尺寸、臺階級加工、切屑排除以及生產率等因素和加工孔表面允許有退刀痕，因位置限制，導向孔的尺寸小于加工孔的尺寸，且加工孔直徑大于ф40，應選用鏜刀，這樣對刀方便，加工中不至于有振動，并在導套上開引刀槽，以便鏜刀通過，刀具造用硬質合金鋼。 為了提高工序集中程度，可采用兩把鏜刀的鏜桿，同時加工孔。 考慮到被加工零件是淬火鑄鐵，由于其硬度較高，為170~241HB，可采用刃鏜刀頭加工，以提高刀具的使用壽命。 鏜削頭與相同規(guī)格的液壓滑臺組成的鏜床、滿足要求的精度HT級，表面粗糙度達1.6微米的鏜孔，因鏜削直徑較大，傳遞的扭矩大，可用主軸前端的短圓錐和端面定位，并由端面鍵傳遞扭矩。 (2) 工序間余量的確定 關于工序間加工余量的確定，查[I]表2-6推薦數(shù)值選取0.25~0.4（直徑上） (3)、導向結構的選擇 組合機床上加工孔時，除用剛性主軸加工的方案外，其尺寸和位置精度都是依靠夾具導向來保證的。 ①選擇導向類型 因導向直徑較大、轉速較高時，為了避免鏜桿由于摩擦發(fā)熱而變形，產生“別勁”的現(xiàn)象，可選用旋轉導向，這種導向利于減輕磨損和持久保證精度。 ②選擇導向的形式和結構 因精鏜多級孔（孔）導向的旋轉速度高，但加工精度要求比較低，可選用滾錐軸承的旋轉導向。 SM1=SM2， n1f1=n2f2 根據這個原理計算切削用量如下 查[П] 表3-T，V=70~90米/分 f=0.12毫米/轉 由公式， 從上述兩個范圍中選取一個適中的數(shù)值，即n=500rpm，由此倒過去，由公式 (5)、確定主軸類型及尺寸 因本機床是精鏜孔，根據制定的切削用量通過T=9.55×106公式計算得到的扭矩T值很小，則由切削扭矩計算主軸直徑公式（M—軸所傳遞的扭矩N.mm，B—系數(shù)）計算的d亦過小，不能滿足剛度要求。 這樣可根據經驗由加工孔的直徑及相應的刀具尾部尺寸利用“反推法”來造定，查[Ⅳ]表10-1主軸直徑與加工孔的經驗數(shù)據，為 d主軸=25 mm， d傳動=30mm (6)、動力頭工作循環(huán)及其行程的確定 動力頭工作循環(huán)一般包括快速引進，工作進給和快速退回等動作。 ①工作進給長度的確定 工作進給長度應等于被加工部位長度與刀具切入和切出長度之和。 動力頭工作進給長度是按加工長度最大的孔來造取，切入長度根據工件端面的誤差情況[I]表2-18，選5~10毫米為第一工作進給長度，第二工作進給常常比第一工作進給要小得多，在有條件，應力法做到轉入第二工作進給時，除倒大角的刀具外，其余刀具都離開加工表面，不再切削。否則，將降低刀具使用壽命，且破壞已加工的表面。 ②快速引進長度的確定 快速進給是動力頭把刀具送到工作進給的位置，其長度按具體工作情況確定。在加工1.2兩孔徑相同的同心孔系時，可采用跳越進給的循環(huán)進行加工，即在加工寬一層壁后，動力頭再次快速引進，加工第二層壁，這樣可以縮短工作循環(huán)時間。 ③快速退回長度的確定 快速退回的長度等快速引進和工作進給長度之和。 一般在固定式夾具機床上，動力頭快速引進和工作進給長度之和。 一般在國家式夾具機床上，動力頭快速退回的行程，只要把所有刀具都退至導套內，不影響工件的裝卸就行了。 ④動力頭總行程的確定 動力頭的總行程除了滿足工作循環(huán)所需長度外，還要考慮裝卸和調整刀具的方便性。裝卸刀具的理想情況是：刀具退離導向套外端面的距離，需大于刀桿插入主軸孔內的長度。 具體數(shù)值在加工示意圖上標注可查閱。 3.3動力部件的選擇 動力部件用以實現(xiàn)切削刀具的旋轉和進給運動或只用于進給運動是組合機床最主要的通用部件。 組合機床動力部件有多種結構型式和不同的傳動方式。就其傳動方式來講，主運動一般采用機械運動，即由電動機通過齒輪皮帶、蝸輪蝸桿等機械元件傳遞運動和動力；而進給運動則采用機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動或氣動液壓傳動等。 本組合機床的主運動是由電動機帶動動力箱傳遞運動的，進給運動是采用的液壓傳動。 下面介紹一下具體選用動力部件時應注意的問題。 (1)、電動機功率的確定 根據所造切削用量計算的切削功率及進給功率之需要，并適當考慮提高切削用量的可能性（一般按30%考慮），選用相應規(guī)格的動力頭，可接下式進行計算。 式中， N動——動力頭電動機功率 N動——切削功率 N進——進給功率 Η——傳動效率，在加工黑色金屬，主軸數(shù)少于15根時η=0.9 按各刀具造用的切削用量，從[П]中P10 查得各軸N切（左動力頭） 當V1.2=106米/分時， N切=0.38KW V6=96米/分 N切=0.46KW V4=81米/分 N切=0.62KW V5=78米/分 N切=0.67KW 對于液壓動力頭N進就是進給油泵所消耗的功率，一般為0.8~2千瓦，取N進=1KW 則 取N動=4.0KW 查[Ш]表17-5知，適用Y132M1-6，額定功率為4.0千瓦，滿載轉速960rpm,起動轉矩2.0，最大轉矩2.0N.m。 右動力頭 V=98米/分，查得3軸N切=0.47KW 同理取N進=1KW，η=0.9 則 查[Ш]表17-5，選用Y112M-6型電機，額定功率為2.2kw,n=940rpm。 后動力頭 V=88.9米/分，查得7軸N切=0.56KW 同理取N進=1KW，η=0.9 則 因此可用與右動力頭同種型號的動力頭。 （2）、進給速度的選擇 因液壓動力頭的進給是可以無級調整的，為避免由于氣溫制造誤差等影響，造成動力頭進給速度的不穩(wěn)定，不宜造用動力頭技術性能中規(guī)定的最小進給量，尤其對本精加工機床，實際使用的進給量應大于其0.5~1倍。 （3）、最大行程的確定 動力頭最大允許行程，除滿足機床工作循環(huán)的要求外，還必須保證調整和裝卸刀具的方便性，在使用時要兼顧刀具來考慮。 3.4組合機床生產率的計算 根據加工示意圖所選定的工作循環(huán)，工作行程及切削用量等，就可以計算機床的生產率，并編制生產率計算卡片，這樣就反映出機床的加工過程和動作時間、切削用量以及機床生產率與負荷率的關系等。 3.4.1機床實際生產率的計算 以每小時機床實際生產的零件數(shù)來表示，即 Q實=60/T單（件/小時） T單=t機+t輔 式中Q實——機床實際生產率 T單——單件工時，即加工每個工件的時間 T輔——輔助時間，包括快進時間快退時間，多工位機床的工作臺移動或轉位時間，裝卸工件時間。 t機t輔可由下列公式計算 t機=L1/SM1+L2/SM2+t得 t輔=t塊+t移+t裝卸=（L快進+L快退）/V塊+t移+t裝卸 式中：L1L2——分別為刀具第一工作進給和第二工作進給的往程長度（mm） SM1，SM2——分別為刀具第一工作進給和第二工作進給的每分鐘進給量（mm/min）. t?！敿庸こ量?、止口、锪窩時，動力部件在死擋鐵上停留的時間。通常接刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下轉5~10轉所需的時間（min）。 L快進 L快退——動力部件快進、快退的行程長度（m） V快——動力部件快速行程的速度。通常機械滑臺取5~6m/min，液壓滑臺3~10m/min。 t移——工作臺移動和回轉一個工位所需時間，一般在3~8秒。 t裝卸——工件安裝和清除切屑的時間。它根據工件尺寸大小、裝卸方便性及工人熟級程度，一般取0.5~1.5分。 根據本組合機床的年產量10萬臺，可選用下列數(shù)據計算Q實： t停：在加工終了無進給狀態(tài)下轉7轉。 V快：取1 0m/min。 t移——取3秒。 t裝卸——取0.6分。 三面Q實具體計算如下 左邊 ∴T單=1.18+0.72=1.9(分) 右邊 ∴T單=2.88+0.72=3.6（/分） 后邊 ∴T單=3.43+0.698=4.128（分） 對多面和多工位機床，在計算時應以所有工位中機加工時間和輔助時間之和最長的作為機床的單件工時，所以選用后面加工的T單來計算Q實。 ∴Q實=60/4.12=14.5（件/時） 3.4.2理想生產率Q 使用單位接年生產綱領十萬臺（考慮備品率、廢品率在內的年產量）計算的機床生產率為理想生產率。 當接三班制生產時，全年工時為7200小時，則Q理=90000 /7200=12.5（件/小時） 3.4.3機床負荷率 Q理/Q實二者的比值即為負荷率 根據組合機床的使用經驗，適宜的機床負荷率為η負=0.75~0.90 而實際η負= 計算的η值合于[Ш]表10-4中推薦的數(shù)值，則設計的切削用量是合理的。 3.4.4生產率計算卡 被加工零件 圖號 Du3023-002 毛坯種類 鑄件 名稱 195柴油機機體 毛坯重量 22kg 材料 鑄鐵 硬度 HB：170~241 工序 名稱 三面精鏜機體現(xiàn) 工序號 序號 工 步 名 稱 被 加 工 零 件 加 工 直 徑 mm 加 工 長 度mm 工 作 行 程 mm 切削建層米 /分 每 分 鐘 轉 速 轉 /分 每 分 鐘 進 給量mm /分 每 轉 進 給 量mm /轉 工時（分） 機動時間 輔 助 時 間 共計 1 裝入工件 0.3 2 工件定位夾緊 0.006 3 后動力部件快進 0.02 4 后動力部件一工進 Ф110 30 38 88.9 240 36 0.15 1.13 5 后動力部件二工進 Ф110 30 42 82 240 18 0.075 2.3 6 死擋鐵停留 0.03 7 后動力部件快退 280 0.028 8 松開工件 20 0.002 9 卸下工件 0.3 備注 本機床裝卸時間取20.6分 單件總工時 3.43 0.686 4.716 機床實際生產率 14.5(件/時) 機床理想生產率 12.5(件/時) 負荷率 0.86 3.5機床聯(lián)系尺寸圖 3.5.1聯(lián)系尺寸圖的作用 聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運動關系，以檢驗機床各部件相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求；通用部件的選擇是否合適，并為進一步展開主軸箱夾具等專用部件、零件的設計提供依據，聯(lián)系尺寸圖也可看成是簡化的機床總圖，它表示機床的配置形式及總體布局。 3.5.2機床裝料高度的確定 裝料高度H一般是指機床上工件安裝基面至地面的距離。組合機床標準中推薦的裝料高度為1060mm，具體設計情況可在850~1060mm范圍內造取，圖中應標注為： 160+440+560+（<170）<1060mm合適 確定裝料高度后，還要考慮以下兩組尺寸的聯(lián)系關系，現(xiàn)以圖中所示尺寸加以說明。 由中間底座和夾具計算的裝料高度尺寸： H=H1+H2+H3 式中H——裝料高度 ?H1——支承塊高度 ?H2——夾具底座高度 ?H3——中間底座高度 由公式可知，當裝料高度和通用部件選定后，便后計算出夾具底座的高度。 圖中標注查得，裝料高度H為1060mm，支承塊高度H1為60mm，中間底座高度H3為560mm。 則夾具底座高度H2=1060-60-560=440mm 由動力部件和側底計算的裝料高度尺寸 H=h1+h2+h3+h4+h5-hmin 式中：h1——多軸箱最低主軸高度 ?h2——多軸箱底面至滑臺頂面之間的距離 ?h3——滑臺的高度 ?h4——調整墊塊的高度（包括5mm的調整塊） ?h5——側底座的高度 ?hmin——被加工零件最低孔至工件安裝基面的距離 由公式可知，當通用部件選取后，h2,h3,h5便確定，H僅與h1,h4有關，h1由多軸箱設計確定。這樣便可由確定的裝料高度計算出調整塊的厚度h4。 圖中h1=230mm h2=120mm h3=130mm h5=560mm hmin=10mm 則調整墊塊高度h4=1060-230-120-130-560-10=10(mm) 3.5.3夾具輪廓尺寸的確定 夾具輪廓尺寸的指夾具底座的輪廓尺寸即長×寬×高 長度尺寸與工件長度尺寸、工件至模板間距離尺寸，模板架厚度尺寸有關。 從機床總圖中查得工件長度尺寸為176mm,工件至模板間距離及模板架厚度分別為482mm,542mm則夾具總長為482+542+176=1200mm 高度尺寸由前裝料高度尺寸定為1060mm 寬度尺寸，除考慮工件本身寬度尺寸外，再加其它寬度方向上能布置下工件的定位、夾緊及其它機構從工序圖中查得寬度尺寸為184mm 這樣可確定夾具草圖 3.5.4中間底座尺寸的確定 由加工示意圖中被步確定定的多軸箱端面至工件端面在加工終了時的距離，動力部件及其配套部件的聯(lián)系尺寸，便可確定中間底座的尺寸。在確定中間底座長度尺寸時要考慮以下兩組尺寸關系。 由加工示意圖和多軸箱尺寸確定兩動力箱端面間的距離L。 L-L1+L2+L3+L4+L5 式中：L1，L5——為左右多軸箱的厚度 L2，L4——加工示意圖中確定的左右多軸箱至工件端面的距離。 L3——工件的長度 由機床總圖中查得，L1=330，L5=345，L3=176 由加工示意圖中查得，L2=880，L4=750 則兩動力箱端面距離L=330+345+880+750=2305 由動力滑臺、側底座、中間底座也可確定兩動力箱端面間的距離L’。 L’=l1+l2+l3+lx+l4+l5+l6 式中：l1,l6——左右動力箱與滑臺連接形成的尺寸 l2,l5——在行程終了時，滑臺前端與滑座之距 l3,l4——左右滑座端面至側底端面之距 由機床總圖查得， l1=l6=300, l2=l5=40, l3=l4=100 在圖中必須保證L= L’，則中間底座lx尺寸為 Lx=l1+l2+l3+l4+l5-（l1+l2+l4+l5+l6） 則lx=2305-（300+40+100+40+300） =1425mm 3.5.5動力部件總選種的確定 動力部件的總行程等于向前備量，工作行程和向后備量之和；向后備量要保證方便地裝卸刀具由加工示意圖知 左動力箱動力部件總選種為 40+40+300+380+20=780mm 右動力箱動力部件總行程為 320+26+23+40+4+450+20=883mm 后動力箱動力部件總行程為 200+28+42+280+20+580mm 4.夾具設計 4.1設計步驟 1． ? 明確設計任務與收集設計資料； 2． ? 擬訂方案，繪單圖； 3． ? 分析計算； 4． ? 審方案，改造設計； 5． ? 繪制夾具總裝配圖； 6． ? 繪制夾具圖中主要零件的總裝配圖。 4.2 定位支承系統(tǒng) 在組合機床上加工時，必須使被加工零件對刀具及其導向保持正確的相對位置，這是靠夾具的定位支承系統(tǒng)來實現(xiàn)的，定位支承系統(tǒng)除用以確定被加工零件的位置外，還要承受被加工零件的重量和夾壓力，有時還要承受切削力。 定位支承系統(tǒng)主要是有定位支承，輔助支承和一些限位元件組成。定位支承是指在加工過程中維持被加工零件有一定位置的元件。輔助支承是僅用作增加被加工過程中的剛度及穩(wěn)定性的一種活動式支承元件，由于定位支承元件直接與被加工零件接觸，因此其尺寸，結構，精度和布置都直接影響被加工零件的精度。為了避免產生廢品以及經常修理定位支承元件的麻煩，設計時必須注意以下的問題： 1．? 合理布置定位支承元件，力求使其組成較大的定位支承界面； 2．? 提高剛性，減少定位支承系統(tǒng)的變形； 3．? 提高定位支承系統(tǒng)的精度及元件的耐磨性，以便長期保持夾具的定位精度； 4．? 可靠的排除定位支承部位的切削。 S195柴油機三面精膛組合機床加工零件采用六點定位原則：平面取三點，零件防在兩個支承板上，這樣可以增加定位系統(tǒng)的剛性，防止了當夾壓力和切削力不是對準支承時而引起的工件變形，這種變形不僅影響加工精度，而且會引起振動，以至造成折斷。兩個定位螺釘以及一個螺栓共六點進行定位的。S195柴油機的汽缸體是以底面和側面兩個互相垂直的平面定位的，所以支承板做成了90度的腳鐵式，剛性很好。 ?4.3定位誤差的分析計算 由于一批零部件在夾具上定位時，各個工件所占據的位置不完全一樣，加工后，各工體的加工尺寸必然大小不一，形成誤差。 用家具裝夾工件進行機械加工時，其工藝系統(tǒng)中影響工件精度的因素很多，與夾具有關的因素如圖所示： 一．分別計算加工端面尺寸326.95±0.05的誤差和垂直度為0.06mm這兩項誤差。 1．? 定位誤差 ①.基準不重合誤差 ②.基準位移誤差 在機械加工系統(tǒng)中無影響加工精度的其他因素，加工尺寸326.95±0.05的定位誤差為0，即=0。垂直度0.06的定位誤差=0。 2．? 對刀誤差 因為刀具相對于對刀或導向元件的位置不精確而造成的加工誤差。 3．? 夾具的安裝誤差， 因為夾具在機床上的安裝不精確而造成的加工誤差。本組合機床的夾具的安裝基面為平面，因而沒有安裝誤差。 4．? 夾具誤差 因為夾具上的定位元件，對刀元件或導向元件及安裝基面三者間（包括導向件和導向元件之間）的位置不精確而造成的加工誤差，它的大小取決與夾具零件的加工精度和夾具裝配時的調整與修配精度。 5．? 加工方法誤差 因為機床精度，刀具精度，刀具與機床的位置精度，工藝系統(tǒng)的受力變形和受熱變形等因素造成的加工誤差，所以根據經驗為它留出工件公差的1/3，計算可得： =/3 加工尺寸326.95±0.05的加工方法誤差為=0.1/3=0.03mm，而垂直度為0.06的加工誤差為0。 6．? 保證加工精度的條件 工件在夾具中加工時，總加工的誤差為上述各項誤差之和。由于上述誤差均為獨立的隨機變量，應用概率法疊加，因此保證工件加工精度的條件是 =≤ 即工件的總加工誤差應不大于工件的加工尺寸誤差，為保證夾具有一定的使用壽命，防止夾具因為磨損而過早的報廢，在分析計算工件加工精度時，需保留出一定的精度儲備量J，因此上式改寫為： 將上述計算的加工精度值列于下表 ?? 誤差計算 加工要求 ? ? 誤差名稱 326.95 垂直度為0.06mm 0 0 0.042 0.005 0 0 0.01 0.02 0.033 0 0.057 0.021 J 0.043 0.079 由上表可知，該夾具能滿足各項精度要求，且具備一定的精度儲備。 二．分別計算加工尺寸：5220.05和位置度為Φ0.300mm的誤差 1．定位誤差：加工尺寸5220.05的定位誤差=0；位置度Φ0.300mm的定位誤差Φ0.100mm =0.100mm 2．對刀誤差：加工尺寸522和加工尺寸326.950.05的對刀誤差一樣，=0.042mm；位置度Φ0.300mm的對刀誤差=0.042mm 3．夾具安裝誤差=0 4．夾具誤差：影響522的夾具誤差為底面對側面的誤差=0.060mm；影響位置度Φ0.300mm的夾具誤差為0.1mm 5．加工方法誤差：加工尺寸=0.033；位置度Φ0.300mm的=0.047 將上述數(shù)據列為下表 誤差加工 加工要求 ? ? 誤差系數(shù) 加工尺寸522 位置度0.300mm 0 0.1mm 0.042 0.042mm 0 0 0.14 0.06mm 0.033 0.047mm 0.097 0.132mm J 0.003 0.008mm 由上表可知，該夾具能滿足工件的各項精度要求，且具備一定的精度儲備。 分析位置度為0.400mm的加工誤差，因為為mm已經滿足加工精度要求，因此該位置度為0.400mm一定能滿足加工精度要求。 5.導向裝置 導向裝置的作用在于保證刀具對于工件的正確位置；保證各刀具相互間的正確位置和提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。固定式導套有三個元件組成：壓套螺釘，可換導套和中間套。導套的主要參數(shù)包括：導套的直徑和公差配合，導套的長度，導套至工件端面的距離。導套的配合間隙對于孔的位置精度有很大的影響，為了提高位置精度，應適當提高導套的制造精度和選用較緊的配合。S195柴油機三面精膛組合機床的導套數(shù)量很多，在檢驗機床的總裝精度時，逐次的全部檢查每個部位上主軸與導套間的不同軸度，而是適當?shù)剡x取兩個孔位距離較遠的導套作為檢查部位，因此在設計時應注意相應位置的部位選用導套，使中間套的長度與其孔位之比L/D≥3，以便使該孔可靠的插入檢驗棒，作為機床總裝時檢查主軸與導套間的不同軸度時使用。 S195柴油機三面精膛組合機床要求較高的位置精度，通?？蛇_mm，而且應使導套盡量接近加工表面，力求選用較高的精度和較緊的配合，一般采用長導套。在夾具上安裝導向裝置，裝配技術要求包括：導向孔中心至工件定位基面的距離允差，各導向裝置相應的導向孔的不同軸度允差，各導向裝置上相應的導向孔的中心連線對工件定位基面的不平行度允差以及各導向孔中心連線對夾具定位的位置精度。 6.夾緊力的確定 所謂確定夾緊力，從廣義上來說，就是要真確的確定夾緊力的三要素：作用點，方向和大小。 欲選取夾緊機構和適當?shù)膭恿鲃友b置，就必須確定所需夾緊力的大小，所需夾緊力的大小主要取決于切削力和重力的大小和方向。重力的大小和方向是不變的，而切削力的大小和方向在切削過程中是不斷變化的，在切削過程中，影響切削力大小的因素很多，例如工件材質不均勻，加工余量不均勻，刀具的磨損余量不同以及切削時的沖擊力等。而且夾緊力也取決于一系列其他的因素，例如接觸表面的光潔度，工藝系統(tǒng)的剛性等。因此確定切削力和所需夾緊力的大小，就是一個比較復雜的問題，實際上不可能完全準確的確定切削力和所需夾緊力的大小，而只能做出大概的計算。 為了簡化問題，在確定夾緊力時，一般假定工藝系統(tǒng)：工件——夾具——刀具——機床都是絕對剛性的，切削過程是穩(wěn)定的，而且切削參數(shù)也是固定不變的。在這些條件下，切削力可以根據切削原理的計算公式或計算圖表求得，而所需的夾緊力可以從工件在夾壓后的靜力問題來求得。然后為了保證夾緊可靠，在計算結果中引進安全系數(shù)作為實際所需的夾緊力。 在保證機體正常可靠工作的條件下，夾緊力愈小愈好。因為如果盲目地加大夾緊力就會造成如下影響：加大了工件在夾緊時的變形，從而影響加工精度。 估算夾緊力的方法： ①找出對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，估算此狀態(tài)下所需的夾緊力， ②為了簡便，只考慮主要因素在力系中的影響，略去次要因素在力系中的影響，根據《機床夾具設計》，每塊壓板應給工件的夾緊力是Q=KP/（,式中Q是夾緊力，P是切削力，是壓板和工件表面間的摩擦系數(shù)，是工件和定位支承板間的摩擦系數(shù)，K是安全系數(shù)。 因為壓板，工件，定位支承板均為鑄件，查得摩擦系數(shù)，均為0.18，安全系數(shù)K可按下式計算K= ，式中——為各種因素的安全系數(shù)。 ：考慮工件材料及加工余量的均勻性的基本安全系數(shù)，取1.2 ：加工性質，取1.2 ：加工方法，取1.0 ：切削特點，取1.0 ：夾緊力的穩(wěn)定性，取1.0 ：夾緊時的手柄位置，取1.0 ：僅有力矩使工件回轉時工件與支承面接觸的情況，取1.5 代入上式得K=1.2=2.16 因為安全系數(shù)K的計算結果小于2.5，則K取2.5。根據計算得切削力P=100N 代入上式： Q=KP/（）=694N 確定估算所需的夾緊力大小為700N左右。 7.夾緊機構 在組合機床上加工時，工件依靠夾具上的定位支撐系統(tǒng)獲得對于刀具及導向的正確的相對位置，還需依靠夾具上的夾緊機構來消除工件因受切削力或工件自重的作用而產生的位移或振動，使工件在加工過程中能繼續(xù)保持定位所得到的正確位置。 夾緊機構通常有三個部分組成：夾緊動力部分，中間傳動機構和夾緊元件。這三個部分起著不同作用：夾緊動力部分用于產生力源，并將作用力傳給中間的動力部分；中間傳動機構能夠改變作用力方向和大小，即作為增力機構，同時能產生自鎖作用，以保證在加工過程中當力源消失時，工件在切削力或振動的作用下仍能可靠夾緊；夾緊元件則用以承受由中間傳動機構傳遞的夾緊力，并與工件直接接觸而執(zhí)行夾緊動作。 7.1設計夾緊機構時，應注意滿足以下的基本要求： ①保證加工精度，夾緊機構應能保證工件可靠的接觸相應的定位基面，夾緊后不許破壞工件的正確位置； ②保證生產率，夾緊機構應當具備適當?shù)淖詣踊潭龋瑠A緊動作受力迅速，多壓板夾夾緊時要力求采用連動夾緊機構以縮短輔助時間； ③保證工作可靠，具備自鎖功能，夾緊機構除了應能產生足夠的夾緊力外，通常還要求具有自鎖性能以保證它的工作可靠性； ④結構緊湊簡單，在保證加工精度滿足生產率要求和工作可靠性的原則，夾緊力應越小越好，這樣可以避免使用龐大而復雜的夾緊機構和減小嘉壓變形； ⑤操作方便，使用安全，根據以上設計夾緊機構滿足的基本要求，綜合各方面的因素，夾緊機構采用氣動夾緊。 目前，以壓縮空氣為能源的氣動技術應用逐漸增多，使用部門也很廣泛。在組合機床上，廣泛應用了氣動技術。在組合機床上，氣動與液壓相比，雖然不及液壓應用那樣廣泛，但是卻具有許多其他能源所不及的優(yōu)點。 ①空氣可以從大氣中取之不盡，沒有介質費用的損失和供應上的困難。同時可以直接將廢氣任意排到大氣之中，處理非常方便。氣動回路中的泄露除引起功率損失外，以至產生不利于工作的嚴重影響。 ②空氣的粘度很小，在管道中的壓力損失不到油路損失的千分之一； ③壓縮空氣的工作壓力較底，因此可降低對氣動元件的材質和制造精度上的要求； ④氣動動作迅速，反應快； ⑤氣動維護簡單，介質清潔，管道不易堵塞，亦不存在介質變質，補充和更換等問題； ⑥使用安全，便于實現(xiàn)自動過載保護； ⑦和液壓傳動一樣，氣動也有操作控制方便，元件更于標準化，易于集中控制，程序控制和實現(xiàn)工序自代等優(yōu)點。 由于氣壓傳動具有上述許多優(yōu)點，因此在組合機床夾具中廣泛采用了氣動夾緊機構，由于氣體的可壓縮性，使外載變化時工作速度的影響較大，氣動夾緊所能維持的剛性比液壓夾緊的低，為了保證夾緊的可靠和穩(wěn)定，可以在空氣管路上設置調壓閥，采用壓力繼電器，用于壓力訊號的指示和連鎖。 ⑴氣動管路的組成 整個氣壓網絡系統(tǒng)由兩個基本部分組成，第一部分是將原動機供給的機械能轉換為壓力能的能量轉換裝置——空氣壓縮機。第二部分是將系統(tǒng)內的壓力能轉換為機械能的轉換裝置——動力汽缸或氣動馬達。 在這兩部分之間，根據工作機械的工作循環(huán)運動的需要，通過導管按一定順序連接各種控制閥以及其他輔助裝置。在一般工廠里，氣壓網絡的第一部分均集中在壓縮空氣站內，由它向全廠各工作點統(tǒng)一分配和供應壓縮空氣。 這里所需要敘述的是氣壓網絡中的第二部分機床氣動管路的組成。壓縮空氣在送入某氣動工作機械和儀表之前，通常需要進行出水和過濾，并控制其壓力和流向，同時還要注入潤滑劑，以達到保證機構正常工作和延長氣動工作機械的壽命的目的。組合機床夾具氣動管路中的控制閥和輔助裝置包括：截止閥，分水濾氣器，調壓閥，油霧器，壓力表和方向控制閥。 ①氣動三大件，通常將分水濾氣器，調壓閥和油霧器組合在一起使用，通稱為氣動三大件。應設置在靠近氣動工作機械或儀表處。 ②分配閥，用來控制空氣流通方向或氣路的通斷，從而達到自動或遠距離操作各汽缸或其他氣動執(zhí)行機構的目的。 ③氣動壓力繼電器，用于把壓縮空氣的壓力訊號轉換為電器訊號的一種發(fā)送裝置。它是彈簧載荷式的，當工作氣壓達到預定調整的定值范圍時，繼電器的活塞產生機械位移以接通微動開關的觸頭，從而發(fā)出電氣訊號。 7.2．夾緊氣缸 氣缸是將氣壓能轉變?yōu)闄C械能并產生直線往復運動的裝置，組合機床氣動夾具中廣泛采用了活塞式雙作用氣缸。氣缸的作用取決于工作氣壓和氣缸的工作面積。在相同氣壓下，氣壓活塞桿的推動和拉力也不同。 氣缸活塞桿的推力：P= 查資料得：P=（0.4—0.6）MPa,D=100mm,d=35mm 代入上式得，P推=2669N，P拉=2342N 7.3．活塞桿的計算 在氣缸工作中，活塞桿最好承受拉力，但是多數(shù)場合活塞桿承受的是推力負載，細長桿件受壓力往往會產生彎曲變形。 ①按強度條件計算活塞桿直徑 活塞桿所承受的應力應小于許用應力，即，故d≥ ——活塞桿上的總推力 ——活塞桿材料的許用應力，=，s=1.4，=4.16，=2.1Pa ==2.96Pa，d≥30.05mm 考慮到活塞桿的工作實際情況，取d=35mm ②按縱向彎曲極限力計算 氣缸承受縱向推力負載達到極限力以后，活塞桿會產生軸線彎曲，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，該極限力與缸的安裝方式，活塞桿直徑以及行程有關。 L——活塞桿計算長度 K——活塞桿橫截面回轉半徑，K=d/4=8.75mm ——活塞桿的橫截面積，=961.625 =49Pa，a=1/5000，=4.58Pa 代入上式得L=198.432mm，查標準件，取L=202mm 活塞桿技術要求：⑴.調質30—35HRC ⑵.發(fā)藍 氣缸部件的前后蓋材料是HT200，技術要求是：⑴.退火 ⑵.倒角 8.夾具體設計 夾具上的各種裝置和元件通過來具體連接成一個整體。因此夾具體的形狀及尺寸取決于夾具上各種裝置及夾具與機床的連接。 8.1對夾具體的要求： ①.有適當?shù)木群统叽绶€(wěn)定性，夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面，安裝對刀或導向元件的表面以及夾具體的安裝基面等。應有適當?shù)某叽绾托螤罹?，它們之間應有適當?shù)奈恢镁取槭箠A具體尺寸穩(wěn)定，鑄造夾具體要進行時效處理，焊接和鍛造，夾具體要進行退火處理； ②.有足夠的強度和剛度，夾具體要承受較大的切削力和夾緊力。為保證夾具體不產生不允許的變形和振動，夾具體應有足夠的強度和剛度。因此夾具體需有一定的壁厚，鑄造和焊接夾具體經常設置加強筋，或在不影響工件裝卸的情況下采用框架式夾具體； ③.結構工藝性好，夾具體應便于制造，裝配和檢驗。鑄造夾具體上安裝各種元件的表面應鑄出凸臺，以減少加工面積。夾具體表面與工件之間應保留足夠的間隙，一般為4—15mm。夾具體結構形式應便于工件的裝卸； ④.打掃方便，切屑多時，夾具體應考慮派屑結構； ⑤.在機體上安裝穩(wěn)定可靠，夾具體在機床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機床上的相應表面的接觸或配合實現(xiàn)的。當夾具體在機床工作臺上安裝時，夾具的重心應盡量低，重心越高則支承面應力越大，夾具底面四邊應凸出，使其接觸良好，或底部設置四個支腳。當夾具體在機床主軸上安裝時，夾具安裝基面與主軸相應表面應有足夠的配合精度，并保證安裝穩(wěn)定可靠。 在夾具的毛坯類型是鑄造夾具體，鑄造夾具體的優(yōu)點是工藝性好，可鑄造出各種復雜形狀，常用材料為HT200。 夾具體的基本尺寸為：長915mm ,寬500mm ,高380mm 夾具體的表面有個斜面，是為保證排冷卻液方便，傾斜角為，上表面與下表面有一定的平面度和平行度要求，平面度為0.030，平行度為0.050，底座部分設計了排屑結構。 8.2夾具體的技術要求 ⑴.鑄件無常規(guī)鑄造缺陷； ⑵.鑄件應進行兩次時效處理； ⑶.銳角倒鈍； ⑷. 未注圓角為R5-R10 結 束 語 本小組設計的S195柴油機機體三面孔精鏜組合機床對擴大柴油機的生產能力，提高生產率，增加經濟效益起著很大的作用。 由我設計的三面精鏜組合鏜床總體設計，涉及內容之廣，參考資料之多，該設計的內容大都已涉及到，總體方案還是較合理，尤其機床總圖已達要求，示意圖中鏜刀布置基本能達到加工的技術特性，整個機床采用的液壓滑動，電氣控制，自動化程度高，對減輕工人的勞動強度有明顯效益，且對工人的技術要求不高，整個鏜床還具有調整、修養(yǎng)、維修方便的特點，所選通用零部件都符合規(guī)定參數(shù)。 但由于這是初次設計，經驗不足，水平有限有許多不合理的地方，如切削參數(shù)的選用，至產量不夠高，臥式床身顯然占地面積比立式的多，床身、滑臺雖然都已滿足了強度要求，但對節(jié)省材料方面造成了不利影響。 由我設計的夾具，涉及內容之廣，參考資料之多，該設計的內容大多已涉及到，方案還是較合理的。通過對夾具的設計，我對組合機床有了更進一步的了解，了解了它的傳動原理、其的工作方式。通過該設計，我經受了鍛煉，對所學的理論知識進行綜合運用，這對今后的工作打下了基礎，這與市、學校領導、工程技術人員的精心指導是分不開的。 由于這是初次設計，經驗不多，水平有限，有許多不合理的地方，敬請老師同學批評指正，提出寶貴的意見，以便及時糾正。但就總體而言，本次設計，仍然是個能夠滿足工藝技術要求的方案。在今后的工作中總結經驗教訓，立志提高效益，達到最佳效果。 致 謝 歷時兩個多月的畢業(yè)設計，在王正剛老師的悉心指導下，現(xiàn)已劃上了圓滿的句號。 在設計工作開始之前，老師帶領我們參觀了鹽城機床廠生產流水線，讓我首先對機床溜板箱有了感性認識。在參觀的過程中，老師認真地給我講解了其加工過程和生產方式，分析了各部件的功能特性，避免了我在以后的畢業(yè)設計過程中的盲目性。 在設計過程中，老師及時的了解我設計中遇到的難題，幫助我解決了不少問題。由于本人對組合機床了解不多，實踐知識更是不足，王老師耐心地給我們講解有關方面的知識，使我得以在短時間內完成設計工作。同時，教導我們不管是在以后的工作還是學習中，都要保持治學嚴謹?shù)膽B(tài)度。在本次畢業(yè)設計中，王老師及其他指導老師付出了辛勤的勞動，我向他們表示衷心的感謝。 此次設計的圓滿和同組其他人員的通力合作也是分不開的，他們給了我許多幫助和指點，在此一并表示感謝！ 參考文獻 1. 謝家瀛.組合機床設計簡明手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1994. 2. 大連組合機床研究所.組合機床設計(第一冊).北京:機械工業(yè)出版社,1975. 3. 大連組合機床研究所.組合機床設計參考圖冊.機械工業(yè)出版社,1975. 4. 沈陽工業(yè)大學.組合機床設計.上海:上?？茖W技術出版社,1985. 5. 王先達.機械制造工藝學.北京:機械工業(yè)出版社,1995. 6. 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