柴油机齿轮室盖钻镗专机总体及夹具设计.docx
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柴油机齿轮室盖钻镗专机总体及夹具设计
1前言
组合机床是根据工件加工要求，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专用机床。
组合机床的设计，有以下两种情况：
其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计。
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。
本次毕业设计课题来源于生产。
ZH1105W柴油机齿轮室盖孔加工及保证相应的位置精。
在组合机床设计过程中，为了降低组合机床的制造成本，应尽可能地使用通用件和标准件。
目前，我国设计制造的组合机床，其通用部件和标准件约占部件总数的70～80%，其它20-30%是专用零部件。
考虑到近年来，各种通用件和标准件都出台了新的标准及标注方法，为了方便以后组合机床的维修，整个组合机床的通用件和标准件配置，都采用了新标准。
在对组合机床总体设计之前，需对被加工零件孔的分布情况及所要达到的要求进行分析，如各部件尺寸、材料、形状、硬度及加工精度和表面粗糙度等内容。
然后还必须深入基层进行实地观察，体会组合机床的优点。
接下来是总体方案的设计，总体方案设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工零件工序图，加工示意图，机床尺寸联系图，编制生产率计算卡。
最后，就是技术设计和工作设计。
技术设计就是根据总体设计已经确定的“三图一卡”，设计夹具等部件正式总图；工作设计即绘制各个专用部件的施工图样，编制各零部件明细表。
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，设计的主要思路是采用“一面两销”的定位方法，和液压夹紧机构，这样设计主要是为了钻、镗孔时的准确定位和高效率的生产要求。
液压夹紧方式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。
在老师的指导下，不断地对设计中的错误进行纠正，确定最好的定位夹紧方案；同时与同组同学进行探讨计算出准确的数据选择合理的通用部件。
在不断的探讨修改中历经3个月终于完成了这一课题的设计。
2组合机床总体设计
组合机床总体设计,就是依据产品的装配图样和零件图样,产品的生产纲领,
现有生产条件和资料以及国内外同类产品的有关工艺资料等,拟订组合机床工艺方案和结构方案,并进行方案图样和有关技术文件的设计。
2.1组合机床工艺方案的制定
制订工艺方案是设计组合机床最重要的步骤.为了使工艺方案制订得合理、先进，必须认真分析被加工零件图纸开始，深入现场全面了解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及生产率要求等，总结设计、制造、使用单位和操作者丰富的实践经验，理论与生产实际紧密结合，从而确定零件在组合机床上完成的工艺内容及方法。
根据所提供ZH1105W柴油机齿轮室盖的工序图，分析被加工零件的精度，表面粗糙度，技术要求，加工部位尺寸，形状结构；特点材料硬度。
工件刚性及零件的批量的大小不同，设计的组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程。
被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度是制定机床方案的主要依据。
此次设计的被加工零件是柴油机齿轮室盖,其主要的加工工序如下:
a.钻6－M6－6H孔至￠5,左侧面;
b.钻6－￠9孔（深38）,右侧面;
c.钻3－￠9孔（深78）,右侧面;
d.镗￠45H8孔至￠43.5,后侧面;
e.倒孔口角至￠46.6,后侧面.
被加工零件材料为HT250，结构为非对称箱体，是三面加工。
根据各种要求，分析其优缺点，确定设计的组合机床采用机械卧式组合机床。
根据所需加工孔的尺寸精度和表面粗糙度，可以确定这些孔的加工采用麻花钻，即可满足要，为了保证孔的加工刀具的直径与加工部位尺寸相适应，需要专门设计制造。
2.2定位基准的选择
正确选择组合机床加工工件采用的基准定位，是确保加工精度的重要条件。
本设计的柴油机齿轮室盖是箱体类零件，箱体类零件一般都有较高精度的孔和面需要加工，又常常要在几次安装下进行。
因此，定位基准选择“一面双孔”是最常用的方法，其特点是：
（a）可以简单地消除工件的6个自由度，使工件获得稳定可靠的定位。
（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，有利于保证零件加工精度。
（d）易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切屑落于定位基面上。
具体定位图形见工序图采用的是“一面两销”的定位方案，以工件的右侧面为定位基准面，约束了z向的转动；x向的移动；y向的转动3个自由度。
短定位销约束了z向的移动；y向的移动2个自由度。
长定位销约束了x向的转动1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。
2.3确定机床配置型式及结构方案
根据选定的工艺方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。
组合机床是根据工件交工需要，以大量采用通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床，工艺方案已确定该组合机床是双面钻卧式组合机床，该机床是由动力箱，主轴箱，机械滑台，立柱，中间底座，夹具，立拄底座等组成。
组合机床装配图如下：
图2-1组合机床装配图
2.4本工序的加工方法
2.4.1刀具的选择
考虑到工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除及生产率要求等因素，所以加工15个孔的刀具均采用标准锥柄长麻花钻。
2.4.2右侧面钻9-￠9
A.切削用量的选择
根据参考文献[1]查表6-11高速钢钻头切削用量。
加工材料为铸铁，硬度200～241HBS,可知切削速度为10～18m/min,孔径6～12mm。
进给量fmm/r0.1～0.18mm/r。
钻孔的切削用量还与钻孔的深度有关，当加工铸铁件孔深为钻头直径的6-8倍时，在组合机床上通常都是和其他浅孔一样采取一次走刀的办法加工出来的，不过加工这种较深孔的切削用量要适当降低些。
切削速度
进给量
转速
（2-1）
可由参考文献[12]表2.17可知圆整为470r/min。
实际切削速度
（2-2）
工进速度
（2-3）
工进时间
其中h为3-￠9的深度。
（2-4）
B.切削功率，切削力，转矩以及刀具耐用度的选择
查参考文献[1]表6-20得
切削力
（2-5）
切削转矩
（2-6）
切削功率
（2-7）
刀具耐用度
（2-8）
C.动力部件的选择
由上述计算每根轴的输出功率P=0.153kw，右侧共9根输出轴，且每一根轴都钻￠9直径，所以总切削功率
。
则多轴箱的功率：
（2-9）
其中η在切削铸铁时取0.9，相当于多轴箱的损耗功率为1.53kw。
所以
由参考文献[1]表5-39选取动力箱
得出动力箱及电动机的型号:
表2-1右侧动力箱、电动机型号
动力箱型号
电动机型号
电动机功率（Kw）
电动机转速（r/min）
输出轴转速（r/min）
L3（mm）
右主轴箱
1TD32-I
Y100L1-4
2.2
1430
715
320
D.确定主轴类型，尺寸，外伸长度
在右侧面，主轴用于钻孔，选用滚珠轴承主轴。
又因为浮动卡头与刀具刚性连接，所以该主轴属于长主轴。
故本课题中的主轴均为滚珠轴承长主轴。
根据主轴转矩T=3.18N.M
由参考文献[1]查表3-4可知
（2-10）
=17.335mm
选取d=20mm，B取7.3刚性主轴
由表3-6查得
主轴直径=20mm，主轴外径D=32mm,内径d1=20mm,主轴外伸尺寸L=115mm,接杆莫氏圆锥号1，2。
E.导向装置的选择
组合机床钻孔时，零件上孔的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：
保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支承刚性。
由参考文献[1]查表8-4得
￠9在d>8～10范围内，查得如下
D=15mm,D1=22mm,D2=26mm,D3=M6,
L取16mm，短型导套
，
，
，
选用通用导套。
F.连杆的选择
在钻、扩、铰孔及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆（刚性接杆）。
因为主轴箱各主轴的外伸长度和刀具均为定值，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完成孔的要求。
为了获得终了时多轴箱前端面到工件端面之间所需要的最小距离，应尽量减少接杆的长度。
因为9-￠9孔的钻削面是同一面且主轴内径是20mm,由参考文献[1]表8-1查得
选取A型可调接杆d=16mm，
L=85mm,
~135mm。
G.动力部件工作循环及行程的确定
切入长度一般为5-10mm，取
=7mm;切出长度由参考文献[1]表3-7得
mm，取
。
（2-11）
加工时加工部位长度L（多轴加工时按最长孔计算）L=78mm.
为排屑要求必须钻口套与工件之间保留一点的距离，根据麻花钻直径￠9，由参考文献[3]表3-4得
导套口至工件尺寸
（参考钻钢）取
，又根据钻套用导套的长度确定钻模架的厚度为16mm。
附带得出底面定位元件的厚度
。
快退长度的确定:
一般在固定式夹具钻孔或扩孔的机床上动力头快速退回的行程只要把所有的刀具都退回至导套内,不影响工件装卸即可。
故快退行程为钻套口至工进行程末端的距离：
快进距离：
（行程太短）
故取消快进距离将
改为工进，
则工进距离为：
。
选择刀具：
根据钻口套至工进行程末端的距离
，及钻口套长度
由参考文献[12]表3-1查得选择：
矩形柄麻花钻
（切削长度部分145mm）。
H.滑台及底座的选择，
选择液压滑台，进给量实行无级调速，安全可靠，转换精度高。
由于液压驱动，零件损失小，使用寿命长，但调速维修比较麻烦。
由已知工进
每根输出轴的切削力F=1144.5N
则9根轴总的切削力
又因为ITD32-Ⅰ型动力箱滑鞍长度L=630mm,
由参考文献[1]表5-1选择1HY32-Ⅰ型滑台及它的侧底座选择ICC321查表5-3可得：
台面宽度320mm，台面长度630mm，行程400mm，最大进给力12500N，工进速度20～650mm/min,快速移动速度10m/min。
I.多轴箱轮廓尺寸的设计
确定机床的装料高度，新颁国家标准装料高度为1060mm，实际设计时常在850～1060mm之间选取，选取装料高度为950mm。
多轴箱的宽度与高度的大小与被加工零件的加工部位有关，可按下列关系式确定：
;
（2-12）
b-工件在宽度方向相距最远两孔距离，b=340mm。
-最边缘主轴中心距箱体外壁的距离，推荐
，取
=100。
h-工件在高度方向相距最远的两孔距离，h=277mm。
-最低主轴高度。
因为滑台与底座的型号都已经选择，所以侧底座的高度为已知值：
650mm，
滑台滑座总高：
280mm；滑座与侧底座的调整垫厚度一般取5mm，多轴箱底与滑台滑座台面间的间隙取0.5mm。
故
mm，
通常推荐
，所以
符合通常推荐值。
所以
，
。
由此数据查参考文献[13]表8.22选取多轴箱尺寸
台面宽度为320mm。
2.4.3左侧面钻6-￠5
A.切削用量的选择
根据参考文献[1]查表6-11高速钢钻头切削用量，加工材料铸铁，孔径d=1～6mm，切削速度10～18m/min，进给量f=0.05～0.1mm/r。
切削速度
进给量
由公式（2-1）得：
转速
可由参考文献[12]2.17可知圆整为1100r/min。
由公式（2-2）得：
实际切削速度
由公式（2-3）得：
工进速度
由公式（2-4）得：
工进时间
其中h为6-￠5的深度。
B.切削功率，切削力，转矩以及刀具耐用度的选择
由公式（2-5）：
切削力
由公式（2-6）：
切削转矩
由公式（2-7）：
切削功率
由公式（2-8）：
刀具耐用度
C.动力部件的选择
由上述计算每根轴的输出功率P=0.0797kw，左侧共6根输出轴，且每一根轴都钻￠5直径，所以总切削功率
。
由公式（2-9）：
则多轴箱的功率：
其中η在切削铸铁时取0.85，
所以
由参考文献[1]表5-39选取动力箱
得出动力箱及电动机的型号:
表2-2左侧动力箱、电动机型号
动力箱型号
电动机型号
电动机功率（Kw）
电动机转速（r/min）
输出轴转速（r/min）
L3（mm）
左主轴箱
1TD25-IA
Y100L-6
1.5
940
520
325
D.确定主轴类型，尺寸，外伸长度
根据主轴转矩T=0.70593N.M
由公式（2-10）：
=11.899mm
选取d=15mm，B取7.3刚性主轴
由表3-6查得
主轴直径=15mm，主轴外径D=25mm,内径d1=16mm,主轴外伸尺寸L=85mm,接杆莫氏圆锥号1。
E.导向装置的选择
由参考文献[1]查表8-4得
￠5在d>4～6范围内，查得如下
D=10mm,D1=15mm,D2=18mm,D3=M6,
L取12mm，短型导套
，
，
，
选用通用导套。
此处省略 NNNNNNNNNNNN字。
如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：
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5结论
本次设计的ZH1105W柴油机齿轮室盖三面钻镗组合机床采用单工位的工作方式，在加工生产线上同时完成了三道工序，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。
同时采用“一面两销”的定位方式和液压夹紧方法，保证了加工精度，提高了加工效率。
并且在设计之中，尽量选用通用件，进一步减少了制造成本，从而增加了经济效益。
本组合机床设计合理，符合实际应用，满足加工要求，且较大部分采用通用件和标准件，制造成本合理，机床操作简单，设备调整、维修方便。
本设计也有不足之处如：
结构不够紧凑、机床占地面积大等。
参考文献
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机械工业出版社,1975.
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浙江大学出版社，1995．
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机械工业出版社,2002.
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高等教育出版社，1993．
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[13]姚永民.非标准设备设计[M].上海：
交通大学出版社，1999.
致谢
本次毕业设计我的课题是柴油机齿轮室盖钻镗组合机床总体及夹具设计，在指导老师刘道标的指导下，与同组设计人员如期完成了任务。
在设计之前，为了获得组合机床设计彻底的认识，在老师的带领下，去盐城的一些企业毕业实习，收集了相关的设计资料，并对照参考资料，与同组的设计人员互相研究、讨论。
实习结束后，对所收集的相关资料进行加工整理，初步讨论设计方案。
在指导老师刘的指导下，逐步确定设计方案，并参考各方面的资料，绘制好该方案的手工草图，不断的修改完善。
为期三个月的毕业设计已结束，这次毕业设计是我大学生涯的最后一次作业，也是最后一次考试。
对于我来说，它不仅仅是毕业设计，更是一次实战演习，个人的奋战是不行了，只有团队合作才能获得最终的胜利。
本次的毕业设计使我能够在毕业前将理论与实践更加融会贯通，加深了对理论知识的理解。
深入实际，体会到理论联系实际的必要性，认识到理论与实际之间的差距，而缩短差距的方法只有到实践中去。
利用一切方法了解本课题所涉及的研究、生产、使用等方面的实际情况。
再一次使我认识到：
实践始终是人生最好的老师。
总的来说，在整个设计过程，我意识到了团队的重要性，作为一个整体，彼此间的协助合作很重要，这对于即将踏上工作岗位的我来说，无疑更具有意义和价值。
本次设计任务业已顺利完成，但由于本人水平有限，且是第一次做这样的设计,缺乏经验，难免存在错误，在此恳请各位老师教导指正。
在这次毕业设计期间,我得到了刘道标、王正刚、孙俊兰老师的悉心指导，同组同学闻志祥的热心帮助，也在其他同学身上学到很多东西。
在此，对设计过程中所有帮助过我的人，表示感谢！
附录
序号图名图号图幅
1被加工零件工序图ZH1105W-01-01A0
2加工示意图ZH1105W-01-02A0
3机床总体尺寸联系图ZH1105W-01-03A0
4夹具装配图ZH1105W-02-01A0
5夹具体ZH1105W-02-04A1
6右侧钻模板ZH1105W-02-10A2
7左侧支架ZH1105W-02-02A2
8定位销1ZH1105W-02-09A3
9定位销2ZH1105W-02-12A3
10钻模板ZH1105W-02-06A3
11后侧镗支架ZH1105W-02-03A3
12压头ZH1105W-02-07A4
13定位块ZH1105W-02-11A4
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