S195柴油机机体三面精镗组合机床总体设计及夹具设计正文1.docx

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S195柴油机机体三面精镗组合机床总体设计及夹具设计正文1

0引言

四年的大学生活即将结束，在毕业前，我们在校领导、教师的指导下，在教师的精心指导下，基本学完了机械制造及设计专业的课程，现进入毕业设计阶段。

这次毕业设计是在实习的基础上进行的，我们在盐城江淮动力机厂工程技术人员的带领下，深入车间，理论联系实际，熟悉了S195柴油机机体的加工工艺，了解了每道工序的加工过程，仔细分析、研究了机体精镗的结构特性，根据指导教师王正刚分配给我的任务书，并收集有关资料，为毕业设计作好准备。

Ｓ195柴油机以其设计紧凑,启动轻便,维修简便,技术经济指标先进,能为手扶拖拉机、水泵、电站、运输及多种农副业加工机械和设备作配套动力,在工农业生产中得到广泛的应用。

机体是柴油机的一个重要零件,精镗孔又是机体加工中最关键的工序,机体70%以上的主要技术要求均在此工序得到保证。

加工精度要求高,特别是机体气缸套孔止口深度公差,大跨度等直径同轴孔、平衡轴孔孔径公差,大悬臂气缸孔孔径公差,曲轴孔与气缸孔垂直度,曲轴孔与平衡轴孔、曲轴孔与凸轮轴孔轴心线平行度,气缸套孔止口面与气缸孔轴心线垂直度等的精度要求较高。

夹具设计是机械制造厂里的一种工艺装备，有机床夹具，焊接夹具，装配夹具，检验夹具等，一般的机床夹具是作为机床的辅助机构设计的，而组合机床夹具是作为机床的主要组成部分，其设计工作是整个组合机床设计的重要部分之一。

组合机床夹具应便于实现定位和夹压的自动化，并有动作完成的检查信号。

随着现代工业生产水平的飞速提高，设计新产品、新机床，实现现代化，提高生产率，是当前生产中的迫在眉捷的任务。

我们四人一组设计专用组合机床（精镗床）即为一台高效能，高精度，具有工艺互换性的组合机床。

在设计工作开始之前，王正刚老师带领我们参观了盐城机床厂生产流水线，让我首先对机床溜板箱有了感性认识。

在参观的过程中，王老师认真地给我讲解了其加工过程和生产方式，分析了各部件的功能特性，避免了我在以后的毕业设计过程中的盲目性。

在设计过程中，王老师及时的了解我设计中遇到的难题，帮助我解决了不少问题。

由于本人对组合机床了解不多，实践知识更是不足，王老师耐心地给我们讲解有关方面的知识，使我得以在短时间内完成设计工作。

同时，教导我们不管是在以后的工作还是学习中，都要保持治学严谨的态度。

在本次毕业设计中，王老师及其他指导老师付出了辛勤的劳动，我向他们表示衷心的感谢。

在设计过程中，由于组合机床大部分是由标准零件构成，另外一些非标准件尽量适应工厂的生产条件，使加工和维修方便，大大减少了设计工作量。

通过毕业设计，我们经受了锻炼对所学的理论知识进行综合运用，这对今后的工作打下了基础，这与市校、学校领导和江淮动力机厂的工程技术人员的精心指导是分不开的。

谨此表示衷心的感谢！

限于本人知识水平有限，又没有工作的实践经验，本设计中定存在不到之处，敬请老师同学批评指正，提出宝贵意见，以便及时纠正。

1工艺方案的拟定

1.1被加加工工序工零件的加工精度和

由于机体孔的表面粗糙度在6.3~1.6微米间，且孔与孔之间有较高的位置精度要求，安排工艺应在一个安装工位上对所有孔同时进行最终精加工。

因机体孔间距较小立式加工时，有利于切屑落入下导向，造成导向精度早期走失，不利于保证加工精度，所以应用卧式床身。

为提高机床工作过程中的稳定性，镗头滑台应采用矩型导轨型式。

1.2被加工零件的特点

机体材料为铸铁，且机体孔分布在不同壁上，通常在一根镗杆上安装多个镗刀头进行镗削，退刀时，要求工件“让刀”，镗刀头周向定位。

被加工孔与基面相垂直，且机体的安装方便，高度较小的细长工件，宜用卧式机床，又因机体较大，采用单工位机床加工较适宜。

1.3零件的生产批量

本组合机床生产批量较大，且多为连续生产机床，此时应将工序尽量集中在一台或少数几台机床上加工，以提高机床利用率。

1.4机床使用条件

本机床使用厂地条件较好，气候适用，国间温度三十度左右，使用液压传动能正常发挥机床工作性能，其它机床机构亦都能适应使用条件。

从上述因素分析知，本方案是可行的。

2定位基准及夹位点选择

组合机床是针对某种零件或零件某道工序而设计的，正确选择加工用定位基准，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，从而收到减少机床台数的效果。

a.定位基准的选择

本机体零件有较高的孔加工精度，且在一次安装下进行，因此，定位基准选择机体的两侧面及底面的“三面”定位方法，它的特点是：

1）可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠的定位。

2）有同时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”可做为零件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，同时，使机床各工序的许多部件实现通用化，用利于缩短设计、制造周期、降低成本。

4）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。

b.确定夹位位置应注意的问题

在选择定位基面同时，要相应决定夹位位置，此时应注意的问题是：

1）保证零件夹位后稳定

2）尽量减少和避免零件夹位后的变形

本机订中确定的“三面”定位能基本满足上面条件，此本案可行（详见草图）

另在造“三面”定位后，可彩液压自动夹紧

本人在这次设计中的任务是设计被加工零件工序图、加工示意图和机床联系尺寸图的图纸及生产率计算卡片的内容，包括总体方案的拟定。

3组合机床总体设计——三图一卡

组合机床的总体设计，就是针对具体的被加工零件，在造室的工艺和结构方案的基础上，进行方案图纸设计。

这些图纸包括：

被加工零件工序图、加工示意图、生产率计算卡片。

机床联系尺寸图等，下面谈谈这些图纸的设计。

3.1被加工零件工序图

3.1.1被加工零件工序图的设计

被加工零件工序图是根据造定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容、加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹位部位，以及被加工零件的材料、硬度和本机床加工前毛坯情况的图纸。

3.1.2主轴箱的分布

从工序图中可知，本三面精镗组合机床布置有三个主轴箱，它们分别为左、右主轴箱和后主轴箱。

左动力箱带左主轴箱加工1，2，4，5，6五个孔，它们的位置分布如下：

右主轴箱加工3轴

后主轴箱加工7轴

工序图是组合机床设计的主要依据，也是制造使用时调整机床、检查精度的重要技术文件。

3.2加工示意图

加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体设计中占有重要地位，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，反映了机床的加工过程和加工方法，并决定浮动夹头或接杆的尺寸，镗杆长度，刀具种类和数量，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。

3.2.1加工示意图的编制方法

（1）、刀具的选择

一台机床刀具选择是否合理，直接影响到机床的加工精度，生产率和工作情况。

根据机体孔的加工精度、加工尺寸、台阶级加工、切屑排除以及生产率等因素和加工孔表面允许有退刀痕，因位置限制，导向孔的尺寸小于加工孔的尺寸，且加工孔直径大于ф40，应选用镗刀，这样对刀方便，加工中不至于有振动，并在导套上开引刀槽，以便镗刀通过，刀具造用硬质合金钢。

为了提高工序集中程度，可采用两把镗刀的镗杆，同时加工孔。

考虑到被加工零件是淬火铸铁，由于其硬度较高，为170~241HB，可采用刃镗刀头加工，以提高刀具的使用寿命。

镗削头与相同规格的液压滑台组成的镗床、满足要求的精度HT级，表面粗糙度达1.6微米的镗孔，因镗削直径较大，传递的扭矩大，可用主轴前端的短圆锥和端面定位，并由端面键传递扭矩。

（2）工序间余量的确定

关于工序间加工余量的确定，查[I]表2-6推荐数值选取0.25~0.4（直径上）

（3）、导向结构的选择

组合机床上加工孔时，除用刚性主轴加工的方案外，其尺寸和位置精度都是依靠夹具导向来保证的。

①选择导向类型

因导向直径较大、转速较高时，为了避免镗杆由于摩擦发热而变形，产生“别劲”的现象，可选用旋转导向，这种导向利于减轻磨损和持久保证精度。

②选择导向的形式和结构

因精镗多级孔（孔）导向的旋转速度高，但加工精度要求比较低，可选用滚锥轴承的旋转导向。

SM1=SM2，n1f1=n2f2

根据这个原理计算切削用量如下

查[П]

表3-T，V=70~90米/分

f=0.12毫米/转

由公式，

从上述两个范围中选取一个适中的数值，即n=500rpm，由此倒过去，由公式

（5）、确定主轴类型及尺寸

因本机床是精镗孔，根据制定的切削用量通过T=9.55×106

公式计算得到的扭矩T值很小，则由切削扭矩计算主轴直径公式

（M—轴所传递的扭矩N.mm，B—系数）计算的d亦过小，不能满足刚度要求。

这样可根据经验由加工孔的直径及相应的刀具尾部尺寸利用“反推法”来造定，查[Ⅳ]表10-1主轴直径与加工孔的经验数据，为

d主轴=25mm，d传动=30mm

（6）、动力头工作循环及其行程的确定

动力头工作循环一般包括快速引进，工作进给和快速退回等动作。

①工作进给长度的确定

工作进给长度应等于被加工部位长度与刀具切入和切出长度之和。

动力头工作进给长度是按加工长度最大的孔来造取，切入长度根据工件端面的误差情况[I]表2-18，选5~10毫米为第一工作进给长度，第二工作进给常常比第一工作进给要小得多，在有条件，应力法做到转入第二工作进给时，除倒大角的刀具外，其余刀具都离开加工表面，不再切削。

否则，将降低刀具使用寿命，且破坏已加工的表面。

②快速引进长度的确定

快速进给是动力头把刀具送到工作进给的位置，其长度按具体工作情况确定。

在加工1.2两孔径相同的同心孔系时，可采用跳越进给的循环进行加工，即在加工宽一层壁后，动力头再次快速引进，加工第二层壁，这样可以缩短工作循环时间。

③快速退回长度的确定

快速退回的长度等快速引进和工作进给长度之和。

一般在固定式夹具机床上，动力头快速引进和工作进给长度之和。

一般在国家式夹具机床上，动力头快速退回的行程，只要把所有刀具都退至导套内，不影响工件的装卸就行了。

④动力头总行程的确定

动力头的总行程除了满足工作循环所需长度外，还要考虑装卸和调整刀具的方便性。

装卸刀具的理想情况是：

刀具退离导向套外端面的距离，需大于刀杆插入主轴孔内的长度。

具体数值在加工示意图上标注可查阅。

3.3动力部件的选择

动力部件用以实现切削刀具的旋转和进给运动或只用于进给运动是组合机床最主要的通用部件。

组合机床动力部件有多种结构型式和不同的传动方式。

就其传动方式来讲，主运动一般采用机械运动，即由电动机通过齿轮皮带、蜗轮蜗杆等机械元件传递运动和动力；而进给运动则采用机械传动、液压传动、气压传动或气动液压传动等。

本组合机床的主运动是由电动机带动动力箱传递运动的，进给运动是采用的液压传动。

下面介绍一下具体选用动力部件时应注意的问题。

（1）、电动机功率的确定

根据所造切削用量计算的切削功率及进给功率之需要，并适当考虑提高切削用量的可能性（一般按30%考虑），选用相应规格的动力头，可接下式进行计算。

式中，

N动——动力头电动机功率

N动——切削功率

N进——进给功率

Η——传动效率，在加工黑色金属，主轴数少于15根时η=0.9

按各刀具造用的切削用量，从[П]中P10

查得各轴N切（左动力头）

当V1.2=106米/分时，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

对于液压动力头N进就是进给油泵所消耗的功率，一般为0.8~2千瓦，取N进=1KW

则

取N动=4.0KW

查[Ш]表17-5知，适用Y132M1-6，额定功率为4.0千瓦，满载转速960rpm,起动转矩2.0，最大转矩2.0N.m。

右动力头

V=98米/分，查得3轴N切=0.47KW

同理取N进=1KW，η=0.9

则

查[Ш]表17-5，选用Y112M-6型电机，额定功率为2.2kw,n=940rpm。

后动力头

V=88.9米/分，查得7轴N切=0.56KW

同理取N进=1KW，η=0.9

则

因此可用与右动力头同种型号的动力头。

（2）、进给速度的选择

因液压动力头的进给是可以无级调整的，为避免由于气温制造误差等影响，造成动力头进给速度的不稳定，不宜造用动力头技术性能中规定的最小进给量，尤其对本精加工机床，实际使用的进给量应大于其0.5~1倍。

（3）、最大行程的确定

动力头最大允许行程，除满足机床工作循环的要求外，还必须保证调整和装卸刀具的方便性，在使用时要兼顾刀具来考虑。

3.4组合机床生产率的计算

根据加工示意图所选定的工作循环，工作行程及切削用量等，就可以计算机床的生产率，并编制生产率计算卡片，这样就反映出机床的加工过程和动作时间、切削用量以及机床生产率与负荷率的关系等。

3.4.1机床实际生产率的计算

以每小时机床实际生产的零件数来表示，即

Q实=60/T单（件/小时）

T单=t机+t辅

式中Q实——机床实际生产率

T单——单件工时，即加工每个工件的时间

T辅——辅助时间，包括快进时间快退时间，多工位机床的工作台移动或转位时间，装卸工件时间。

t机t辅可由下列公式计算

t机=L1/SM1+L2/SM2+t得

t辅=t块+t移+t装卸=（L快进+L快退）/V块+t移+t装卸

式中：

L1L2——分别为刀具第一工作进给和第二工作进给的往程长度（mm）

SM1，SM2——分别为刀具第一工作进给和第二工作进给的每分钟进给量（mm/min）.

t停——当加工沉孔、止口、锪窝时，动力部件在死挡铁上停留的时间。

通常接刀具在加工终了时无进给状态下转5~10转所需的时间（min）。

L快进L快退——动力部件快进、快退的行程长度（m）

V快——动力部件快速行程的速度。

通常机械滑台取5~6m/min，液压滑台3~10m/min。

t移——工作台移动和回转一个工位所需时间，一般在3~8秒。

t装卸——工件安装和清除切屑的时间。

它根据工件尺寸大小、装卸方便性及工人熟级程度，一般取0.5~1.5分。

根据本组合机床的年产量10万台，可选用下列数据计算Q实：

t停：

在加工终了无进给状态下转7转。

V快：

取10m/min。

t移——取3秒。

t装卸——取0.6分。

三面Q实具体计算如下

左边

∴T单=1.18+0.72=1.9（分）

右边

∴T单=2.88+0.72=3.6（/分）

后边

∴T单=3.43+0.698=4.128（分）

对多面和多工位机床，在计算时应以所有工位中机加工时间和辅助时间之和最长的作为机床的单件工时，所以选用后面加工的T单来计算Q实。

∴Q实=60/4.12=14.5（件/时）

3.4.2理想生产率Q

使用单位接年生产纲领十万台（考虑备品率、废品率在内的年产量）计算的机床生产率为理想生产率。

当接三班制生产时，全年工时为7200小时，则Q理=90000/7200=12.5（件/小时）

3.4.3机床负荷率

Q理/Q实二者的比值即为负荷率

根据组合机床的使用经验，适宜的机床负荷率为η负=0.75~0.90

而实际η负=

计算的η值合于[Ш]表10-4中推荐的数值，则设计的切削用量是合理的。

3.4.4生产率计算卡

被加工零件

图号

Du3023-002

毛坯种类

铸件

名称

195柴油机机体

毛坯重量

22kg

材料

铸铁

硬度

HB：

170~241

工序

名称

三面精镗机体现

工序号

序号

工

步

名

称

被

加

工

零

件

加

工

直

径

mm

加

工

长

度mm

工

作

行

程

mm

切削建层米

/分

每

分

钟

转

速

转

/分

每

分

钟

进

给量mm

/分

每

转

进

给

量mm

/转

工时（分）

机动时间

辅

助

时

间

共计

1

装入工件

0.3

2

工件定位夹紧

0.006

3

后动力部件快进

0.02

4

后动力部件一工进

Ф110

30

38

88.9

240

36

0.15

1.13

5

后动力部件二工进

Ф110

30

42

82

240

18

0.075

2.3

6

死挡铁停留

0.03

7

后动力部件快退

280

0.028

8

松开工件

20

0.002

9

卸下工件

0.3

备注

本机床装卸时间取20.6分

单件总工时

3.430.6864.716

机床实际生产率

14.5（件/时）

机床理想生产率

12.5（件/时）

负荷率

0.86

3.5机床联系尺寸图

3.5.1联系尺寸图的作用

联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，以检验机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选择是否合适，并为进一步展开主轴箱夹具等专用部件、零件的设计提供依据，联系尺寸图也可看成是简化的机床总图，它表示机床的配置形式及总体布局。

3.5.2机床装料高度的确定

装料高度H一般是指机床上工件安装基面至地面的距离。

组合机床标准中推荐的装料高度为1060mm，具体设计情况可在850~1060mm范围内造取，图中应标注为：

160+440+560+（<170）<1060mm合适

确定装料高度后，还要考虑以下两组尺寸的联系关系，现以图中所示尺寸加以说明。

由中间底座和夹具计算的装料高度尺寸：

H=H1+H2+H3

式中H——装料高度

 H1——支承块高度

 H2——夹具底座高度

 H3——中间底座高度

由公式可知，当装料高度和通用部件选定后，便后计算出夹具底座的高度。

图中标注查得，装料高度H为1060mm，支承块高度H1为60mm，中间底座高度H3为560mm。

则夹具底座高度H2=1060-60-560=440mm

由动力部件和侧底计算的装料高度尺寸

H=h1+h2+h3+h4+h5-hmin

式中：

h1——多轴箱最低主轴高度

 h2——多轴箱底面至滑台顶面之间的距离

 h3——滑台的高度

 h4——调整垫块的高度（包括5mm的调整块）

 h5——侧底座的高度

 hmin——被加工零件最低孔至工件安装基面的距离

由公式可知，当通用部件选取后，h2,h3,h5便确定，H仅与h1,h4有关，h1由多轴箱设计确定。

这样便可由确定的装料高度计算出调整块的厚度h4。

图中h1=230mmh2=120mmh3=130mmh5=560mm

hmin=10mm

则调整垫块高度h4=1060-230-120-130-560-10=10（mm）

3.5.3夹具轮廓尺寸的确定

夹具轮廓尺寸的指夹具底座的轮廓尺寸即长×宽×高

长度尺寸与工件长度尺寸、工件至模板间距离尺寸，模板架厚度尺寸有关。

从机床总图中查得工件长度尺寸为176mm,工件至模板间距离及模板架厚度分别为482mm,542mm则夹具总长为482+542+176=1200mm

高度尺寸由前装料高度尺寸定为1060mm

宽度尺寸，除考虑工件本身宽度尺寸外，再加其它宽度方向上能布置下工件的定位、夹紧及其它机构从工序图中查得宽度尺寸为184mm

这样可确定夹具草图

3.5.4中间底座尺寸的确定

由加工示意图中被步确定定的多轴箱端面至工件端面在加工终了时的距离，动力部件及其配套部件的联系尺寸，便可确定中间底座的尺寸。

在确定中间底座长度尺寸时要考虑以下两组尺寸关系。

由加工示意图和多轴箱尺寸确定两动力箱端面间的距离L。

L-L1+L2+L3+L4+L5

式中：

L1，L5——为左右多轴箱的厚度

L2，L4——加工示意图中确定的左右多轴箱至工件端面的距离。

L3——工件的长度

由机床总图中查得，L1=330，L5=345，L3=176

由加工示意图中查得，L2=880，L4=750

则两动力箱端面距离L=330+345+880+750=2305

由动力滑台、侧底座、中间底座也可确定两动力箱端面间的距离L’。

L’=l1+l2+l3+lx+l4+l5+l6

式中：

l1,l6——左右动力箱与滑台连接形成的尺寸

l2,l5——在行程终了时，滑台前端与滑座之距

l3,l4——左右滑座端面至侧底端面之距

由机床总图查得，

l1=l6=300,l2=l5=40,l3=l4=100

在图中必须保证L=L’，则中间底座lx尺寸为

Lx=l1+l2+l3+l4+l5-（l1+l2+l4+l5+l6）

则lx=2305-（300+40+100+40+300）

=1425mm

3.5.5动力部件总选种的确定

动力部件的总行程等于向前备量，工作行程和向后备量之和；向后备量要保证方便地装卸刀具由加工示意图知

左动力箱动力部件总选种为

40+40+300+380+20=780mm

右动力箱动力部件总行程为

320+26+23+40+4+450+20=883mm

后动力箱动力部件总行程为

200+28+42+280+20+580mm

4.夹具设计

4.1设计步骤

1． 明确设计任务与收集设计资料；

2． 拟订方案，绘单图；

3． 分析计算；

4． 审方案，改造设计；

5． 绘制夹具总装配图；

6． 绘制夹具图中主要零件的总装配图。

4.2定位支承系统

在组合机床上加工时，必须使被加工零件对刀具及其导向保持正确的相对位置，这是靠夹具的定位支承系统来实现的，定位支承系统除用以确定被加工零件的位置外，还要承受被加工零件的重量和夹压力，有时还要承受切削力。

定位支承系统主要是有定位支承，辅助支承和一些限位元件组成。

定位支承是指在加工过程中维持被加工零件有一定位置的元件。

辅助支承是仅用作增加被加工过程中的刚度及稳定性的一种活动式支承元件，由于定位支承元件直接与被加工零件接触，因此其尺寸，结构，精度和布置都直接影响被加工零件的精度。

为了避免产生废品以及经常修理定位支承元件的麻烦，设计时必须注意以下的问题：

1． 合理布置定位支承元件，力求使其组成较大的定位支承界面；

2． 提高刚性，减少定位支承系统的变形；

3． 提高定位支承系统的精度及元件的耐磨性，以便长期保持夹具的定位精度；

4． 可靠的排除定位支承部位的切削。

S195柴油机三面精膛组合机床加工零件采用六点定位原则：

平面取三点，零件防在两个支承板上，这样可以增加定位系统的刚性，防止了当夹压力和切削力不是对准支承时而引起的工件变形，这种变形不仅影响加工精度，而且会引起振动，以至造成折断。

两个定位螺钉以及一个螺栓共六点进行定位的。

S195柴油机的汽缸体是以底面和侧面两个互相垂直的平面定位的，所以支承板做成了90度的脚铁式，