1、盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011目 录1 绪论 .12 组合机床总体设计 .32.1 总体方案论证 .32.1.1 工艺方案的拟定 .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 .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 .52.3 组合机床总体设计三图一卡 .62.3.1 被加工零件工序图 .62.3.2 加工示意图 .62.3.3 机床尺寸联系总图 .72.3.4 机床生产率计算卡 .83 夹具设计 .113.1 夹具设计的基本要求 .113.2 夹具设计的方法与步骤
2、.113.2.1 设计前的准备 .113.2.2 拟定夹具结构方案 绘制草图 .113.2.3 定位误差分析. 133.2.4 夹紧力的计算. 143.3 绘制夹具总图 .153.4 绘制夹具零件图 .164 结论 .17参考文献 .18致 谢. 19附 录. 20盐城工学院本科生毕业设计说明书 201111 绪论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 1。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
3、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
4、本上有两种方式：其一，是根据具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
5、零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。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。我毕业设计的课题是缸体精铣两侧面组合机床总体设计及夹具的设计。该课题来源于盐城市高精装备机电有限公司，主要对缸体的前后两个面进行铣削的机床设计。设计的思路是先进行总体方案的论证，对所选的方案进行计算，然后再完成“三图一卡”和各个零件图的设计。设计后的组合机床能较好的保证面的铣削及位缸体精铣两侧面机床总体设计和夹具设计2置精度，改变了以往烦琐的加工工艺过程，大大的节约了加工时间，
6、提高了劳动生产率，降低了工人的劳动强度。 夹具部分的设计，是在完成对组合机床的总体设计并绘制出“三图一卡”的基础上再设计的，并绘制出夹具设计的装配图。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。设计首先要确定工件的定位方式，然后进行误差分析，确定夹紧方式，进行夹紧力的计算，并对夹具的主要零件进行结构设计。在进行设计之前我们要做好以下几方面的工作：首先，要有丰富的实践经验。整个设计，仅靠一些参考资料是远远不够的，这样设计出来的组合机床只是结构完美，外形美观，但实用性差，因此，在设计工作开始前，指导老师特地带我们到江淮动力集团、盐城长虹涂装有限公司
7、、东风悦达二厂等企业进行了实地参观考察，与企业工程技术人员共同讨论，积累了一些宝贵的实践经验。 其次，运用四年来所学的专业知识，针对现实中遇到的实际情况，做到举一反三。整个设计过程不仅涉及到以前所学的知识，还涉及到一些新的概念，这就要求我们一边温习以前的知识，一边还要学习新的知识，可以说，整个设计过程就是我们不断复习和学习的过程。第三，通过自身的努力，理论联系实际，从合理性、经济性、工艺性、实用性及对被加工零件的具体要求对现有机床进行研究和分析，找出可以进行改进的地方，通过反复推敲对比，拟订较为合理的铣削组合机床的总体方案。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
8、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。限于本人知识水平有限，又缺乏相应的实践经验，在设计中定存在不到之处，敬请老师批评指正，提出宝贵意见，以便及时纠正。盐城工学院本科生毕业设计说明书 201132 组合机床总体设计2.1 总体方案论证组合机床是按高度集中工序原则，针对被加工零件的特点及工艺要求设计的一种高效率专用机床 1。加工对象为缸体，材料是 HT150,硬度 170241HBS。2.1.1 工艺方案的拟定A.本机床加工零件特点加工对象为缸体，材料是 HT150,硬度 170241HBS。在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。为正确拟定组合机床的工艺方案，除了对加工
9、零件工序内容及特点进行分析，我们还参观了江淮动力集团，盐城市长虹涂装有限公司，东风悦达二厂，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。为我全面了解该缸体加工的具体情况，拟定组合机床工艺方案且对被加工工件基准，加工艺进行分析，打下了牢固的基础。B.被加工的零件的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，不同的加工方法及不同的加工精度直接影响着工艺方法的选择和工步数及工艺路线的确定。此被加工的零件的工序内容：1 铸造2 时效处理3 粗铣上、下面4 粗铣左、右面5 粗铣前、后面6 粗铣中间横向平面7 粗铣中间纵向平面8 精铣上、下面
10、9 去毛刺10 粗镗孔11 半精镗孔12 精镗孔13 精铣左、右面14 去毛刺15 精铣前、后面16 去毛刺17 精铣中间横向平面18 精铣中间纵向平面19 终检。为了保证其精度要求，将有精度要求的精铣前后两侧面工序安排在同一台机床上进行加工。具体加工内容和精度要求容如下：精铣缸体两侧平面，主要是完成第 15 步缸体前后两个平面的铣削，两平面的距离为 320mm，平面相对于定位基面的垂直度误差不超过 0.01m，表面粗糙度要求 R0.8。 C.本次设计技术要求:a.机床应能满足加工要求，保证加工精度；b.机床运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整；c.机床尽可能用通用件（中间底
11、座可自行设计）以便降低制造成本；d.机床各动力部件用电气控制。缸体精铣两侧面机床总体设计和夹具设计42.1.2 机床配置型式的选择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台、侧底座组合而成。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。此外，我要加工的零件为长方体，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，也减轻了工人的劳动强度。通过以上的比较，考虑到卧式床身振动小，装夹
12、方便等优点，选用卧式组合机床。因为需要加工的面是前后两个侧面，铣削的中心线相对于工件垂直，所以设计成刀具固定，工件安装在滑台上的配置型式。2.1.3 定位基准的选择组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的。正确选择定位基准，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。从而获到减少机床台数的效果。A.定位基准的选择本机床加工为单工位加工，也就是一次安装下进行两个平面的同时铣削，其定位基准选择：缸体的底面为定位基面限制 3 个自由度，缸体的第一个孔限制 2 个自由度，第二个孔限制 1 个自由度，这种定位的特点是：a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得可靠的定位；b.能同
13、时加工工件的前后两个面，即能高度集中工序，又有利于提高被加工面的位置精度；c.本定位基准有利于保证缸体的加工精度，使机床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。B.确定夹紧位置在选择定位基准的同时，要相应的决定夹压位置，本设计采用螺纹夹紧，夹紧部位为缸体的上表面，目的为了减少机体夹紧变形误差，提高加工精度，应注意的问题：a.保证零件夹压后的稳定；b.尽量减少和避免零件夹压后变形。2.1.4 滑台型式的选择本组合机床采用的是机械滑台。机械滑台具有如下优点：1.进给量稳定，慢速无爬行，高速无振动，可以降低加工工件的表面粗糙度。2.具有较好的抗冲击能力，断续切削、钻头钻通孔将要出口时
14、，不会因冲击而损坏刀具。3.运行安全可靠，易发现故障，调整维修方便。4.没有液压驱动管路泄露、噪声和液压占地的问题。2.2 确定切削用量盐城工学院本科生毕业设计说明书 20115在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和关键工序的切削用量选择十分重要。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结构型式及工作可靠性均有较大的影响 1。2.2.1 选择切削用量A.为了使加工过程顺利进行并稳定保证加工精度要求，必须合理地确定工序间的加工余量，生产中常用的组合机床铣削用量参考文献1 P133 表 6-16 中铣削用量：表 2-1 用硬质合金端铣刀的铣削用量加工材料 工序 铣削深度（
15、mm） 铣削速度v(mmin )1每齿走刀量f (mm/z)z粗 2-5 50-80 0.2-0.4铸铁精 0.5-1 80-130 0.05-0.2根据上表选择铣削用量为：铣削深度 0.5mm铣削速度 100mmin 1每齿走刀量 0.1 mm/z我们选择这组工序加工余量，虽然与推进的常用值有一定的距离，但从整体考虑，诸如：每分钟的进给量、加工精度等，组合刀具的特性，机床加工方式的需要再调整铣削刀具的几何参数等，还是合理而可行的。2.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率根据选定的切削用量(主要指切削速度 v 及进给量 f),确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩
16、，用以确定主轴及其他传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电机（一般指动力箱电机）功率；确定刀具耐用度，用以验证所选刀具是否合理 1。人们根据生产实践及试验研究成果，已经整理出不同材料刀具对不同材料工件的进行计算的方法，参考文献1 P134 表 6-20 中公式：表 2-2 铣削功率公式刀具材料 工件材料 铣削功率 P（kw）硬质合金端铣刀灰铸铁P= 6120ApvfA=a apwv =a Znffp= 31.0a缸体精铣两侧面机床总体设计和夹具设计6n= Dv10式中，a两个方向平均切削厚度（mm） ；p单位面积切削力（Nmm ） ；n转速2（rmin） ；A切削面积（
17、mm ） ；v切削速度（m/min） ；f进给量（mm/r） ；v2每分钟进给量（mmmin ） ；a 每齿进给量(mm/z)；ap切削深度（mm） ；Df 1f加工（或钻头）直径（mm） ；Z刀具齿数；a 切削宽度（mm） 。w其中 a=(0.5+0.5)/2=0.5(mm) ； P=1300/0.5 =1615(Nmm ) 31.02已知：a=0.5mm；v=100mmin ；a =0.1。因为需要知道刀具直径 D，所以这1f里先选择刀具：刀具直径 D=（1.1-1.6）a；其中 a 为被加工面的宽度。根据零件图可知：a =125mm；a =435mm12硬质合金端铣刀直径 D 按公比 1
18、.25 的标准系列选取，有：100,125,160,200,250，320,400,500。这里选择 D =160mm；D =500mm。12硬质合金端铣刀齿数通常按照铣刀直径选取：Z=（0.08-0.16）D。这里选择 Z=12；Z =40。12对两个平面分别计算，由以上公式可得：n =(1000*100)/3.14*160=199(rmin)；这里取 200(rmin)n =(1000*100)/3.14*500=63.7(rmin)；这里取 60(rmin)2v =0.1*12*200=240 （mmmin ）f1 1v =0.1*40*60=240 （mmmin ）由于设计的该机床是两
19、个面同时加工，进给速度相同，所以上述选取值合理。A =0.5*125=62.5 mm12A =0.5*435=217.5 mm2可以算出：P =1615*240*62.5/61200000= 0.396（kw）1P =1615*240*217.5/61200000= 1.3775(kw) 22.3 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
20、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 1。2.3.2 加工示意图零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件盐城工学院本科生毕业设计说明书 20117间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。A. 刀具的选择一台机床刀具选择是否合理，直接影响机床的加工精度、生产率及工作情况。根据缸体被加工两平面尺寸精度、加工尺寸、表面粗糙度，切屑的方式及生产率要求等因素，精加工缸体两个平面所选择的刀具为硬质合金端铣刀。由前面的选择可知刀具直径为 160mm，500mm。
21、根据已选择的刀具直径及刀具安装在铣削头上所需要的配合尺寸，可以选择对应的铣削头：1TX25；1TX50。B. 动力部件工作循环及行程的确定a.工作进给长度 的确定工L工作进给长度 ，应等于加工部位长度 L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具工切入长度 和切出长度 之和。切入长度一般为 510，根据工件端面的误差情12况确定。考虑到滑台工作总行程最大为 1000mm，实际加工的时候只要工件超过刀具垂直中心线即可，所以选择切入长度 =切出长度 =5mm。12所以 = +L+ =1110mm。工L12b.快速进给长度的确定快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置。其长度根据具体情况确定，因为工件比较长
22、，所以不能选择太大，这里初步选择为 10mm。c.快速退回长度的确定快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。由确定的快速进给和工作进给长度可知，所以快速退回长度为 1120mm。d.动力部件总行程的确定动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。前备量取 15，后备量取130mm ，总行程为 1000mm。2.3.3 机床尺寸联系总图A.选择动力部件因为需要的中间滑台的功率 P= P + P =1.7735(kw)，所以选择机械滑台工作12进给电机的功率要大于 P，为 Y112M-6B 。因为被加工工件总长度为 850mm，滑台5台面长度和总行程长度都要很长，所以这里选择滑台型号为 1HJ6
23、3型。台面长度为 1250mm，台面宽度为 630mm，滑台台面高为 400mm；行程为 1000mm。B.配套通用部件的选择中间滑台侧底座 1CC631，其高度 H=560，宽度 B=830，长度： 型L=2400mm；初步确定安放铣削头 1TX25 的侧底座 1CC251，其高度 H=560，宽度 B=450，长度：I 型 L=900mm；安放铣削头 1TX50 的侧底座 1CC401，其高度 H=560，宽度B=600，长度：I 型 L=1350mm。C.确定机床装料高度 H 与夹具轮廓尺寸缸体精铣两侧面机床总体设计和夹具设计8装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。本课题中
24、，由于铣削头的高度已经确定，需要装料高度使被加工两侧面在刀具的直接范围内。确定夹具轮廓尺寸，主要是确定夹具夹具底座的长、宽、高尺寸。工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具底座轮廓尺寸的基本依据。具体要考虑布置工件的定位限位夹紧机构刀具导向装置以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和面积需要。夹具底座的高度尺寸，一方面要保证其有足够的刚度，同时要考虑机床的装料高度、中间底座的刚度、排屑的方便性和便于设置定位夹紧机构。被加工工缸体为两侧面，刀具直径要超过加工的表面，所以夹具底座的宽度要小于缸体的宽度 320mm，初步选择为 310mm。两铣削头中心高度分别为：1245mm；1370mm。根据刀具的直径，能加工
25、的平面范围分别为 1165-1325mm；1120-1620mm。由上面得到得数据确定机床装料高度为 1170mm。可知夹具体高度为 210mm；1TX25 系列铣削头与被加工表面中心高度相差12.5mm，1TX50 铣削头与被加工表面中心高度相差-17.5mm。控制铣刀切削速度 v 的方向（切入工件处）与工件进给速度 v 的方向，即可f控制其铣削方式，分为不对称顺铣和不对称逆铣。2.3.4 机床生产率计算卡A.理想生产率 Q（件/h）理想生产率是指完成年生产纲领（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。由文献1P51 公式：（2-kAt1）计算，式中， A年生产纲领（件） ，根据参考文献8,本
26、课题中 A 选择 18000 件；全年工时总数，本课题以单班制计，则 。kt htk2350则根据公式(2-8)得: 件/h6.7235018ktAQB.实际生产率 Q1（件/h）实际生产率是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。（2-单T612）式中: 生产一个零件所需时间（min） ，可按下式计算：单T（2-）（）（ 装移快 退快 进停辅切单 tvLtvLt fkff 21盐城工学院本科生毕业设计说明书 201193）式中: 分别为刀具第 I、第 II 工作进给长度，单位为 mm；21L、分别为刀具第 I、第 II 工作进给量，单位为 mm/min；ffv、通常指刀具在加工终了时无进给
27、状态下旋转 510 转所需的时间，停t单位为 min； 分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为 mm；快 退快 进 、 L动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取 56m/min；用液fkv压动力部件时取 310m/min；直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取移t0.1min；工件装、卸（包括定位或撤消定位、夹紧或松开、清理基面或装 卸t切屑及吊运工件等）时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取0.51.5min 1。如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求，即 ，则必须重Q1新选择切削用量或修改机床设计方案。根据本组合机床的年产量
28、 18000 件，可选用下列数据进行计算， =5m/min，fkv=0， =1.5min。则实际生产率 计算如下：移t装 卸t 1Q/v =1110/240=4.625(min)1Lf=10/n=10/100=0.1(min)停t( )/ =(1110+10)/5000=0.224（min）快 退快 进 fkv由上面得到的结果可以算出： =4.625+0.1+0.224+0.1+1.5=6.675（min）单T则据公式(2-9)得: 单Q601 )/(9.875.h件可以看出 ，设计方案比较合理!C.机床负荷率 负机床负荷率为理想生产率与实际生产率之比。查文献1组合机床设计简明手册P52（2-1Q4）则据公式(2-11)得: 85.09.671负组合机床的负荷率一般为 0.75-0.90，所以选择符合要求。
