1、 毕业设计 1半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计（夹具设计）摘要：本组合机床是气缸盖半精镗、精镗组合机床，在完成 “三图一卡”的基础上，主要完成夹具设计。这个课题来源于江苏高精机电装备有限公司，是为了适合流水线生产，提高目前的生产效率、加工精度，从而降低加工成本而设计的。在设计过程中借鉴了国内外一些现有的组合机床设计资料，还参考了一些与本课题相关的文献资料。 设计的主要内容为组合机床的总体设计和夹具的设计。夹具的设计是本次设计中一个重要的部分。在夹具设计方面，首先，原有机床采用多工序加工，加工效率低，加工尺寸不容易保证，而且位置精度也不高。改进后，采用一次装夹，同时对进气和排气孔进行镗加工，
2、提高了加工效率。其次,夹具采用一面两销定位，保证了导管孔及气门阀座孔对定位销孔的位置精度。夹紧方式采用液压夹紧，改变了原来的手动夹紧，提高了工作的效率。最后，对相应部分进行了计算、分析、校核。本组合机床具有提高生产效率，满足工件的加工精度，减少了工人的劳动强度的优点，较好的实现了设计的要求。关键词：组合机床；夹具；定位；夹紧半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计(夹具设计)21 前 言本设计的课题是气缸盖半精镗、精镗组合机床及夹具设计。这个课题来源于江苏高精机电装备有限公司，是针对该公司对气缸盖半精镗，精镗组合机床加工，其工作效率和精度不高而设计的。主要是为了适合流水线生产，提高目前的生产效率、
3、加工精度，从而降低加工成本。组合机床一般都由支承部件（床身、立柱、底座和中间底座） 、动力部件（动力滑台和主轴头、动力头） 、工件定位夹压和运送部件（夹具、回转工作台、移动工作台、鼓轮等）和控制部件（电气柜、液压站、操纵台等）组成。组合机床是根据工件加工的需要，以大量的通用部件为基础，配以少量的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到几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛运用，并可用来组成自动生产线。多年
4、来机械产品加工中广泛的采用万能机床，但是随着生产的发展，很多企业的产品的产量越来越大，精度越来越高，采用万能机床加工已经不能很好的满足要求。理所当然，生产着用机床可以提高生产效率和加工精度。在组合机床设计过程中，为了降低组合机床的制造成本，应尽可能的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零件总数的 7080%，其它 2030%是专用零件。在进行组合机床的夹具设计时，首先需要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。然后还要深入基层进行实地观察，摸索夹具的工作原理，体会组合机床的优点。通过认真阅
5、读研究 15040081 型气缸盖的零件图，了解其材料、硬度、重量等，对内侧面进行半精镗和精镗排气空和进起孔。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” ，即绘制被加工的零件图，加工的示意图，机床联系尺寸图，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，设计夹具等专用部件正式总图；工作设计就是绘制各个专用部件的图样，编制各零件的明细表。设计的整个过程是艰辛的，在设计过程中必须要考虑到方方面面的问题。由于所学的知识的有限，因此在设计过程中查阅了大量的相关资料，以补充自己的不足之处。首先，要有丰富的实践经验。整个设计，仅靠一些参考
6、资料是远远不够的。因此，在设计工作开始前，特地到江淮动力股份有限公司、盐城红旗机床厂、高精机电装备有限公司等进行了实地的参观考察，积累了一些宝贵经验。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，做到举一反毕业设计 3三，触类旁同。整个设计过程不仅涉及到以前所学的知识，而且还设计到新的理念，所以我在设计过程中一边温习以前所学的知识，一边学习新的知识，这样拓宽了我的视眼。第三，通过自身的努力，结合理论和实际，从合理性、经济性、工艺性、实用性及其对被加工零件的具体要求对现有机床进行研究分析，找出可以进行改进的地方，通过相互对比，确定一个新的，周全的设计方案。在指导老师吴进老师的悉心指导
7、下，在同课题组三位同学相互讨论学习和帮助下，经过两个月的艰辛劳动，终于完成了这一设计课题。 半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计(夹具设计)42 组合机床工艺方案的拟订工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步。工艺方案制定的正确与否是在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。因此，应根据工件的形状和加工要求的特点， 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，按一定的原则，结合组合机床常用的工艺方法，充分考虑到各种因素，并经技术经济分析后拟订出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。选择工艺基面和定位方式是制定工艺方案的关键所在。2.1 被加工零件的加工工序和加工精度由于本机床是用于
8、对气缸盖导管孔进行半精镗和精镗加工，根据先粗后精，工序集中原则，现对气缸盖导管孔加工的工艺路线设计如下:工序 1(半精镗) 工位 :枪铰排气导管孔(刀具直径为 14.8mm)，镗排气阀座孔(刀具直径为 47.8mm)，加工精度为 H8；工位:枪铰进气导管孔(刀具直径为 14.8mm)，镗进气阀座孔(刀具直径为 44.8mm)，加工精度为 H8。工序 2(精镗) 工位:枪铰排气导管孔(刀具直径为 15mm)，镗排气阀座孔(刀具直径为 48mm)，加工精度为 H7；工位:枪铰进气导管孔(刀具直径为 15mm)，镗进气阀座孔(刀具直径为 45mm)，加工精度为 H7。2.2被加工零件的特点气缸盖的材
9、料为 HT250；硬度为 150-225HBS；生产纲领为年产量 5 万件，单班制；在本工序前各主要表面已加工完毕。毕业设计 53 组合机床配置型式选择组合机床有大型和小型，又可分为卧式，立式两种，根据配置形式还可分为单工位和多工位。配置方案不同对机床的复杂程度，通用化程度，结构工艺性，加工精度，机床重新调整的可能性等都有不同的影响。在本工序中要求加工同轴的两个孔，因此采用卧式布置，为了提高生产效率，降低设计成本。机床采用卧式，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。本机床采用了单滑台
10、双动力头结构，考虑到相关联的机床夹具结构的统一性，采用固定式夹具.由于在加工过程中要实现大范围的调速，因此采用伺服滑台来满足这个要求。其具有如下特点:可自动变换进给速度和工作循环，可在较宽的范围实现位控，执行零件加工的数控程序.由此，根据已定的工艺方案和机床配置形式，确定机床为卧式单面双工位数控传动的组合机床，伺服滑台实现工作进给运动，设计配套的动力箱。图 3-1 组合机床配置型式图半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计(夹具设计)64 组合机床总体设计4.1 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
11、技术要求，加工用的定位基准，夹压部件以及被加工零件的材料，硬度和本机床的前加工余量，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 ，是在被加工零件图基础上，突出本机床的加工内容，并作必要的说明而绘制的。为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定：应按一定的比例，绘制足够的视图以剖面；本工序加工部位用粗实线表示，保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画“”粗实线，其余部位用细实线表示。本机床加工时是采用的一面两销定位方式，一面是气缸盖的内侧面，两销分别是一圆柱销一菱形销。它共限制六个自由度，可以达到定位效果，
12、因此可以保证所需要的加工精度。绘制的被加工零件工序图如图 4-1、4-2 所示。图中符号 -夹紧位置 -定位基准图 4-1 半精镗加工零件工序图图 4-2 精镗加工零件工序图毕业设计 74.2 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、辅具、夹具、多轴箱、电气系统以及选择动力部件，绘制机床总体联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。图 4-3 半精镗加工零件示意图图 4-4 精镗加工零件示意图半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计(夹具设计)84.2.1 刀具
13、的选择选择刀具应考虑工件材料，加工精度，表面粗糙度，排屑及生产率等要求，只要条件允许应尽量选用标准刀具。孔加工刀具（钻、扩、铰等）的直径应与加工部位尺寸，精度相适应，其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端面 30-50mm，以利排屑和刀具磨损后有一定向前调整量。刀具锥柄插入接杆孔内长度，在绘制加工示意图是应注意从刀具总长中减去。根据以上条件选择硬质合金刀具。刀具是由镗孔刀和枪铰刀组成的复合刀具。半精加工中时，镗杆直径选择 40mm，铰杆直径选择 12mm 。在加工硬度较高的铸铁时，为提高刀具使用寿命，宜采用多刃镗刀头。本机床采用四刃镗刀头。由于在切削力的作用下，刀体上两个导向块与刀齿
14、圆柱校准部分的圆柱刃带确定一个圆，因此采用双导向块已能满足圆周导向的要求。但由于来自外部的干扰，有时会使双导向块丧失平衡，从而引起加工误差，所以有时单刃铰刀也采用三个导向块。通过第三个导向块使铰刀切削部分的整个圆周方向上都具有很大的刚度，从而提高了平衡稳定性和加工经济度。综合上述条件，铰刀采用焊接式单刃双导向条铰刀。精加工时，镗刀采用德国MAPAL公司的精密刀具，铰刀采用机械夹固式铰刀，精度较半精加工稍高。4.2.2 组合机床切削用量的选择查文献资料9 表 4-1孔加工常用工序间余量加工工序 加工孔径 直径上工序间余量铰孔 1020 0.100.20半精镗 1020 0.71.2精镗 3013
15、0 0.250.40得镗孔的切削余量为：半精加工：阀座孔 ap=0.4mm，导管孔 ap=0.1mm；精加工：阀座孔 ap=0.1mm，导管孔 ap=0.1mm；查文献资料9表 4-2 镗孔切削用量铸铁工序 刀具材料 v(mm/min) f(mm/r)半精镗 硬质合金 5070 0.150.45精镗 硬质合金 7090 H 级 0.120.15得镗孔的切削用量为：半精加工：f=0.15 mm/r；精加工： f=0.15 mm/r；切削速度的计算：毕业设计 9Vc= （4-1）10dnVc切削速度，单位为 m/min 。 a.半精加工(排气)枪铰 14.8mm 导管孔由表 4-2 得，选择 f=
16、0.15mm/r，n=1500r/min由公式（4-1）得 Vc=3.1414.81500/1000=69.7m/min镗 47.8mm 阀座孔由表 4-2 得，选择 f=0.15mm/r，n=466r/min由公式（4-1）得 Vc=3.1447.8466/1000=70m/min半精加工(进气)枪铰 14.8mm 导管孔由表 4-2 得，选择 f=0.15mm/r，n=1500r/min由公式（4-1）得 Vc=3.1414.81500/1000=69.7m/min镗 44.8mm 阀座孔由表 4-2 得，选择 f=0.15mm/r，n=466r/min由公式（4-1）得 Vc=3.144
17、4.8466/1000=65.6m/minb.精加工(排气)枪铰 15mm 导管孔由表 4-2 得，选择 f=0.15mm/r，n=1500r/min由公式（4-1）得 Vc=3.14151500/1000=70.7m/min镗 48mm 阀座孔由表 4-2 得，选择 f=0.15mm/r，n=466r/min由公式（4-1）得 Vc=3.14481500/1000=70.2m/min精加工(进气)枪铰 15mm 导管孔由表 4-2 得，选择 f=0.15mm/r，n=1500r/min由公式（4-1）得 Vc=3.14151500/1000=70.7m/min镗 45mm 阀座孔由表 4-2
18、 得，选择 f=0.15mm/r，n=466r/min由公式（4-1）得 Vc=3.1445466/1000=65.8m/min4.2.3 计算切削力，切削扭矩及切削功率根据文献资料9表 6-20 得计算公式如下：切削力 Fz=51.4apf0.75HB0.55 （4-2）Fx=0.51ap1.2 f0.65HB1.1 （4-3）转 矩 T=25.7Dapf0.75HB0.55 半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计(夹具设计)10（4-4）功 率 （4-6120FzVP5） 公式中：V切削速度（m/min） ；f进给量（mm/r） ； a p切削深度（mm） ；D加工直径（mm） ； Fz圆周
19、力（N） ； Fx轴向切削力（N） ；HB布氏硬度： ；)(31minaxmaxHBHB在本设计中，HBmax=225， Hbmin=150，代入公式得 HB=200 HBS。a.半精加工：（排气）枪铰导管孔：由公式（4-2）得Fz=51.40.10.150.752000.55=51.40.10.24118.432=22.832N；由公式（4-3）得Fx=0.510.11.2 0.150.652001.1=0.510.0630.291339.729=3.176N；由公式（4-4）得T=22.83214.8/2 =168.9 Nmm由公式（4-5）得P=16.81369.7/61200=0.03
20、KW镗阀座孔： 由公式（4-2）得Fz=51.40.40.150.752000.55=51.40.40.24118.432=91.329N；由公式（4-3）得Fx=0.510.41.2 0.150.652001.1=0.510.3330.291339.729=16.813N；由公式（4-4）得T=91.32947.8/2 =25.71720.3519.1=2182.8Nmm由公式（4-5）得P=91.32970/61200=0.1KW半精加工：（进气） 枪铰导管孔： 由公式（4-2）得Fz=51.40.40.150.752000.55=51.40.10.24118.432=22.832N；由公式（4-3）得Fx=0.510.11.2 0.150.652001.1=0.510.0630.291339.729=3.176N；由公式（4-4）得
