組合專(zhuān)機(jī)-S195柴油機(jī)機(jī)體三面粗鏜組合機(jī)床及夾具設(shè)計(jì),組合,專(zhuān)機(jī),s195,柴油機(jī),機(jī)體,三面粗鏜,機(jī)床,夾具,設(shè)計(jì) 無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 1 緒論 組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要,以大量通用部件為基礎(chǔ),配以少量專(zhuān)用部件組成的一種高效的專(zhuān)用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方法，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。組合機(jī)床的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)件約占70-80%,這些部件是系列化的,可以進(jìn)行成批生產(chǎn).其余20-30%的專(zhuān)用部件是由被加工零件的形狀,輪廓尺寸,工藝和工序來(lái)決定,如夾具,主軸箱,刀具和工具等. 組合機(jī)床是一種自動(dòng)化或半自動(dòng)化的機(jī)床.無(wú)論是機(jī)械電氣或液壓電氣控制的都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán).半自動(dòng)化的組合機(jī)床,工人只要將工件裝夾好,按一下按鈕,機(jī)床即可自動(dòng)進(jìn)行加工,加工一個(gè)循環(huán)停止.自動(dòng)化的組合機(jī)床,工人只要將工件放到料斗或上料架上,機(jī)床即可連續(xù)不斷的進(jìn)行工作.由于通用部件已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用來(lái)組成自動(dòng)生產(chǎn)線。 組合機(jī)床一般用于加工箱體類(lèi)或特殊形式的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削端面、切削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車(chē)削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類(lèi)零件(如飛輪、汽車(chē)后橋半軸等)的外圓和端面加工。二十世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng)檢測(cè)和刀具自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達(dá)0.05毫米／1000毫米，表面粗糙度可低達(dá)2.5～0.63微米；鏜孔精度可達(dá)IT7～6級(jí)，孔距精度可達(dá)O.03～O.02微米。 專(zhuān)用機(jī)床是隨著汽車(chē)工業(yè)的興起而發(fā)展起來(lái)的。在專(zhuān)用機(jī)床中某些部件因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。最早的組合機(jī)床是1911年在美國(guó)制成的，用于加工汽車(chē)零件。初期，各機(jī)床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953年美國(guó)福特汽車(chē)公司和通用汽車(chē)公司與美國(guó)機(jī)床制造廠協(xié)商，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對(duì)部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。 通用部件按功能可分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類(lèi)。動(dòng)力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件。主要有動(dòng)力箱、切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)。 支承部件是用以安裝動(dòng)力滑臺(tái)、帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件，有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。 輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、分度鼓輪和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等。 控制部件是用以控制機(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺(tái)等。輔助部件有潤(rùn)滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。 30多年來(lái)，我國(guó)組合機(jī)床通用部件經(jīng)歷了一個(gè)從無(wú)到有、從點(diǎn)到面、從低到高的逐步發(fā)展的歷史時(shí)期。進(jìn)入90年代，組合機(jī)床行業(yè)加快發(fā)展，行業(yè)的整體實(shí)力和新產(chǎn)品的質(zhì)量及水平有了顯著的提高。目前的現(xiàn)狀的是：a.組合機(jī)床制造技術(shù)由過(guò)去的以加工為主的單機(jī)及自動(dòng)線想綜合成套方向轉(zhuǎn)化。b.組合機(jī)床的控制技術(shù)由傳統(tǒng)的程序控制技術(shù)向數(shù)控、計(jì)算機(jī)管理與監(jiān)控方向發(fā)展。c.組合機(jī)床的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)手段由過(guò)去的人工設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。組合機(jī)床行業(yè)雖然取得了較大的進(jìn)步與發(fā)展，但是，在制造技術(shù)高速發(fā)展的今天，由于基礎(chǔ)薄弱，從整體上看，與國(guó)外先進(jìn)水平、與國(guó)內(nèi)用戶的要求還存在著一定的差距，主要表現(xiàn)在：產(chǎn)品可靠性較差；可調(diào)可變性差；缺少必要的適應(yīng)多品種加工的新品種；系列化、通用化、模塊化程度低，致使制造周期過(guò)長(zhǎng)，滿足不了用戶要求。80年代以來(lái)，國(guó)外組合機(jī)床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機(jī)床的加工精度、多品種加工的柔性以及機(jī)床配置的靈活多樣方面均有新的突破性發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床工作程序軟件化，工序高度集中，高效短節(jié)拍和多種功能的自動(dòng)監(jiān)控。組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是：①?gòu)V泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)；②發(fā)展柔性技術(shù)；③發(fā)展綜合自動(dòng)化技術(shù)；④進(jìn)一步提高工序集中程度。設(shè)計(jì)師們?cè)陂_(kāi)展任何一種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)，都要運(yùn)用自己的思維，力求創(chuàng)新，使產(chǎn)品具有較高的競(jìng)爭(zhēng)性。 組合機(jī)床的設(shè)計(jì)思想是：①以組合機(jī)床的特點(diǎn)和特性為設(shè)計(jì)思想；②以用戶為目標(biāo)的設(shè)計(jì)思想；③滿足產(chǎn)品批量大、高效自動(dòng)化要求的設(shè)計(jì)思想；④組合機(jī)床應(yīng)重視和加強(qiáng)技術(shù)配套工作；⑤重視提高機(jī)床的剛性，確保機(jī)床的工作穩(wěn)定可靠；⑥從新型刀具、新材料的應(yīng)用出發(fā)，提高切削用量，提高機(jī)床工作效率；⑦不斷提高組合機(jī)床的精度；⑧縮短機(jī)床的制造周期。組合機(jī)床的設(shè)計(jì)分為四個(gè)階段：①工藝方案的分析制訂；②機(jī)床配置型式和結(jié)構(gòu)方案的分析確定；③組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)；④組合機(jī)床的部件設(shè)計(jì)。 組合機(jī)床的設(shè)計(jì)，目前基本上有兩種方式：其一，是根據(jù)具體加工對(duì)象的特征進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，這是當(dāng)前最普遍的做法。其二，隨著組合機(jī)床在我國(guó)機(jī)械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人和技術(shù)人員總結(jié)出生產(chǎn)和使用組合機(jī)床的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)組合機(jī)床不僅在其組成部件方面有共性，可設(shè)計(jì)成通用部件，而且一些行業(yè)在完成一定工藝范圍內(nèi)的組合機(jī)床是極其相似的，有可能設(shè)計(jì)為通用機(jī)床，這種機(jī)床稱為“專(zhuān)能組合機(jī)床”。這種組合機(jī)床不需要每次按具體加工對(duì)象進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，而是設(shè)計(jì)成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工零件的具體需要，配以簡(jiǎn)單的夾具及刀具，即可組成加工一定對(duì)象的高效率設(shè)備。 為了使組合機(jī)床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺(tái)組合機(jī)床上加工，以提高機(jī)床的利用率。這類(lèi)機(jī)床常見(jiàn)的有兩種，可換主軸箱式組合機(jī)床和轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床。 組合機(jī)床未來(lái)的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。 本設(shè)計(jì)主要針對(duì)原有的S195機(jī)體左、右、后三個(gè)面上13個(gè)孔多工序加工、生產(chǎn)率低、位置精度誤差大的問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，從而保證孔的位置精度、提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。夾具部分的設(shè)計(jì)，首先，在完成對(duì)組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)并繪制出“三圖一卡”的基礎(chǔ)上，繪制夾具設(shè)計(jì)的裝配圖；夾具設(shè)計(jì)是組合機(jī)床設(shè)計(jì)中的重要部分，夾具設(shè)計(jì)的合理與否，直接影響到被加工零件的加工精度等參數(shù)。首先確定工件的定位方式，然后進(jìn)行誤差分析，確定夾緊方式，夾緊力的計(jì)算，對(duì)夾具的主要零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在夾具設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的主要思路是把原有的手動(dòng)夾緊改為液壓夾緊方式，這樣設(shè)計(jì)主要優(yōu)點(diǎn)是：液壓油油壓高、傳動(dòng)力大，在產(chǎn)生同樣原始作用力的情況下，液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸比氣壓小了許多，液壓油的不可壓縮性可使夾具剛度高，工作平穩(wěn)、可靠，液壓傳動(dòng)噪聲小，勞動(dòng)條件比氣壓的好。解決了手動(dòng)夾緊時(shí)夾緊力不一致、誤差大、精度低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。 整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是艱辛的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮各方面的問(wèn)題。由于所學(xué)的知識(shí)只是一些最基本的機(jī)械常識(shí)，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還要查閱大量的相關(guān)資料，以補(bǔ)充自己的不足之處。 首先，要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。整個(gè)設(shè)計(jì)，僅靠一些參考資料是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的組合機(jī)床只是結(jié)構(gòu)完美，外形美觀，但實(shí)用性差，在實(shí)習(xí)期間與企業(yè)工程技術(shù)人員共同討論，積累了一些寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 其次，運(yùn)用兩年來(lái)所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，針對(duì)現(xiàn)實(shí)中遇到的實(shí)際情況，做到舉一反三。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程不僅涉及到以前所學(xué)的知識(shí)，還涉及到一些新的概念，這就要求我們一邊溫習(xí)以前的知識(shí)，一邊還要學(xué)習(xí)新的知識(shí)，可以說(shuō)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程就是我們不斷復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)的過(guò)程。 第三，通過(guò)自身的努力，理論聯(lián)系實(shí)際，從合理性、經(jīng)濟(jì)性、工藝性、實(shí)用性及對(duì)被加工零件的具體要求對(duì)現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行研究和分析，找出可以進(jìn)行改進(jìn)的地方，通過(guò)反復(fù)推敲對(duì)比，擬訂較為合理的三面鏜孔組合機(jī)床的總體方案。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于組合機(jī)床大部分是由標(biāo)準(zhǔn)零件構(gòu)成，另外一些非標(biāo)準(zhǔn)件盡量適應(yīng)工廠的生產(chǎn)條件，使加工和維修方便，大大減少了設(shè)計(jì)工作量。 限于本人知識(shí)水平有限，又沒(méi)有工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)中定存在不到之處，敬請(qǐng)老師同學(xué)批評(píng)指正，提出寶貴意見(jiàn)，以便及時(shí)糾正。 2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 組合機(jī)床加工刀具是借助于鉆模板和鉆模架，與通用機(jī)床及專(zhuān)用機(jī)床相比，它具有： 1、縮短設(shè)計(jì)制造周期； 2、投資少、成本低、經(jīng)濟(jì)效果好； 3、提高生產(chǎn)率。我國(guó)有一個(gè)柴油機(jī)廠做個(gè)這樣一個(gè)分析，由于用組合機(jī)床加工，生產(chǎn)率比用萬(wàn)能機(jī)床提高了6—10倍。 4、工作可靠，便于維持，自動(dòng)化程度高。 5、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，不要求技術(shù)高的操作工人。 6、便于產(chǎn)品更新，改變加工對(duì)象時(shí)，通用部件可重復(fù)使用，只廢掉專(zhuān)用部件。 生產(chǎn)類(lèi)型分析 此次設(shè)計(jì)的三面粗鏜組合機(jī)床，用于粗鏜S195柴油機(jī)機(jī)體，屬于大批量生產(chǎn)。所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意到盡量使加工簡(jiǎn)單，但又不影響加工質(zhì)量。這是組合機(jī)床設(shè)計(jì)最重要的一步，工藝方案的制定正確與否，將確定機(jī)床能否達(dá)到重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、效率高、質(zhì)量好的要求，為使工藝方案先進(jìn)合理，我們認(rèn)真分析了S195柴油機(jī)機(jī)體工序圖，要求加工S195柴油機(jī)機(jī)體面加工，認(rèn)真分析總結(jié)設(shè)計(jì)制造使用單位和操作者豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，基本確定機(jī)體在組合機(jī)床上能夠完成的工藝內(nèi)容及方法。 2.1 總體方案論證 本設(shè)計(jì)的加工對(duì)象為S195柴油機(jī)機(jī)體，材料是HT200,硬度170-220HBS。 2.1.1 工藝方案的擬定 A.本機(jī)床加工零件特點(diǎn) 該加工零件為S195柴油機(jī)機(jī)體，材料HT200，其硬度為170—220HBS。在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完畢。 B.本機(jī)床加工工序及加工精度 被加工零件在本組合機(jī)床上完成的工序及加工精度，是制定機(jī)床工藝方案的主要依據(jù)。 本機(jī)床加工零件的工序內(nèi)容： 鉆、擴(kuò)、鏜左面、右面、后面的孔，由本設(shè)備“S195柴油機(jī)機(jī)體三面粗鏜組合機(jī)床”完成，因此，本設(shè)備的主要功能是完成柴油機(jī)機(jī)體左、右、后三個(gè)面上13個(gè)孔的加工。具體加工內(nèi)容是：右側(cè)面：鏜曲軸孔Φ192、Φ75，擴(kuò)平衡軸孔2×Φ50，鉆凸輪軸孔Φ34；左側(cè)面：擴(kuò)平衡軸孔2×Φ50，凸輪軸孔Φ45，鉆起動(dòng)軸孔Φ36，調(diào)速軸孔Φ24；后面：鏜缸套孔Φ115，Φ108，Φ107。位置公差為Φ0.30mm。粗糙度為：鏜孔，鉆、擴(kuò)。 本次設(shè)計(jì)技術(shù)要求: a.機(jī)床應(yīng)能滿足加工要求，保證加工精度； b.機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整； c.機(jī)床盡可能用通用件（中間底座可自行設(shè)計(jì)）以便降低制造成本； d.機(jī)床各動(dòng)力部件用電氣控制，液壓驅(qū)動(dòng)。 2.1.2 機(jī)床配置型式的選擇 機(jī)床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機(jī)床床身由滑座、側(cè)底座及中間底座組合而成。其優(yōu)點(diǎn)是加工和裝配工藝性好，無(wú)漏油現(xiàn)象；同時(shí)，安裝、調(diào)試與運(yùn)輸也都比較方便；而且，機(jī)床重心較低，有利于減小振動(dòng)。其缺點(diǎn)是削弱了床身的剛性，占地面積大。立式組合機(jī)床床身由滑座、立柱及立柱底座組成。其優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，自由度大，操作方便。其缺點(diǎn)是機(jī)床重心高，振動(dòng)大。此外，S195柴油機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)為臥式長(zhǎng)方體，從裝夾的角度來(lái)看，臥式平放比較方便，也減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 通過(guò)以上的比較，考慮到臥式床身振動(dòng)小，裝夾方便等優(yōu)點(diǎn)，選用臥式組合機(jī)床。 2.1.3 定位基準(zhǔn)的選擇 組合機(jī)床是針對(duì)某種零件或零件某道工序設(shè)計(jì)的。正確選擇定位基準(zhǔn)，是確保加工精度的重要條件，同時(shí)也有利于實(shí)現(xiàn)最大限度的集中工序。從而收到減少機(jī)床臺(tái)數(shù)的效果。 A.定位基準(zhǔn)的選擇 本機(jī)床加工為單工位加工，也就是一次安裝下進(jìn)行13個(gè)孔的的加工，其定位基準(zhǔn)選擇：機(jī)體的底面定位限制3個(gè)自由度，側(cè)面定位限制2個(gè)自由度，端面定位限制1個(gè)自由度，這種定位的特點(diǎn)是： a.可以簡(jiǎn)便地消除工件的六個(gè)自由度，使工件獲得可靠的定位； b.能同時(shí)加工工件三個(gè)端面上的全部孔，即能高度集中工序，又有利于提高三端面孔的位置精度； c.本定位基準(zhǔn)有利于保證柴油機(jī)機(jī)體的加工精度，使機(jī)床的許多部件實(shí)現(xiàn)通用化，有利于縮短設(shè)計(jì)制造周期、降低成本。 B.確定夾緊位置 在選擇定位基準(zhǔn)的同時(shí)，要相應(yīng)的決定夾壓位置，本設(shè)計(jì)采用液壓夾緊，夾緊部位為剛性較好的筋板上，即機(jī)體的上表面，目的為了減少機(jī)體夾緊變形誤差，應(yīng)注意的問(wèn)題： a.保證零件夾壓后的穩(wěn)定； b.盡量減少和避免零件夾壓后變形。 2.1.4 滑臺(tái)型式的選擇 本組合機(jī)床采用的是液壓滑臺(tái)。與機(jī)械滑臺(tái)相比較，液壓滑臺(tái)具有如下優(yōu)點(diǎn)：在相當(dāng)大的范圍內(nèi)進(jìn)給量可以無(wú)級(jí)調(diào)速；可以獲得較大的進(jìn)給力；由于液壓驅(qū)動(dòng)，零件磨損小，使用壽命長(zhǎng)；工藝上要求多次進(jìn)給時(shí)，通過(guò)液壓換向閥，很容易實(shí)現(xiàn)；過(guò)載保護(hù)簡(jiǎn)單可靠；由行程調(diào)速閥來(lái)控制滑臺(tái)的快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，轉(zhuǎn)換精度高，工作可靠。但采用液壓滑臺(tái)也有其弊端，如：進(jìn)給量由于載荷的變化和溫度的影響而不夠穩(wěn)定；液壓系統(tǒng)漏油影響工作環(huán)境，浪費(fèi)能源；調(diào)整維修比較麻煩。本課題的加工對(duì)象是S195柴油機(jī)機(jī)體左、右、后三個(gè)面上的13個(gè)孔，位置精度和尺寸精度要求較高，因此采用液壓滑臺(tái)。 由此，根據(jù)已定的工藝方案和機(jī)床配置形式并結(jié)合使用及修理等因素，確定機(jī)床為臥式三面單工位液壓傳動(dòng)組合機(jī)床，液壓滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，選用配套的動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)主軸箱鏜、擴(kuò)、鉆孔主軸。 2.2 確定切削用量及選擇刀具 2.2.1 選擇切削用量 對(duì)于13個(gè)被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從[1]P130表6-11、P131表6-13、P132表6-15中選取。由于鉆孔的切削用量還與鉆孔深度有關(guān)，隨孔深的增加而逐漸遞減，其遞減值按[1]P131表6-12選取。降低進(jìn)給量的目的是為了減小軸向切削力，以避免鉆頭折段。鉆孔深度較大時(shí)，由于冷卻排屑條件都較差，是刀具壽命有所降低。降低切削速度主要是為了提高刀具壽命，并使加工較深孔時(shí)鉆頭的壽命與加工其他淺孔時(shí)鉆頭的壽命比較接近。擴(kuò)孔、鏜孔安表正常選取。 A.對(duì)右側(cè)面上4個(gè)孔的切削用量的選擇 a.平衡軸孔1～2 2×Φ50，通孔，l=17mm 由d＞40～60，硬度大于170～220HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.3～0.4mm/r,又d=50mm,取定v=15.7m/min,f=0.395mm/r,則由文獻(xiàn)[1]公式: (2-1) 得:n=1000×15.7/50π=100r/min b.曲軸孔3 Φ192，通孔，l=20mm 由于硬度大于170～220HBS，選擇v=35～50m/min,f＞0.4～1.5mm/r,又d=192mm,取定v=48m/min,f=0.51mm/r, 則n=1000×48/192π=80r/min c.凸輪軸孔6 Φ34,通孔，l=26mm 由d＞22～50，硬度大于170～220HBS，選擇v=10～18m/min, f＞0.25～0.4mm/r,又d=34mm,取定v=13.5m/min,f=0.31mm/r, 則n=1000×13.5/34π=130r/min B.對(duì)左側(cè)面上5個(gè)孔的切削用量的選擇 a.平衡軸孔1～2 2×Φ50，通孔，l=18mm 由d＞40～60，硬度大于170～220HBS，選擇v=10～18m/min, f＞0.3～0.4mm/r,又d=50mm,取定v=14.1m/min,f=0.385mm/r, 則n=1000×14.1/50π=90r/min b.起動(dòng)軸孔4 Φ36，通孔，l=30mm 由d＞22～50，硬度大于170～220HBS，選擇v=10～18m/min, f＞0.25～0.4mm/r,又d=36mm,取定v=14.7m/min,f=0.27mm/r, 則n=1000×14.7/36π=130r/min c.調(diào)速軸孔5 Φ24，通孔，l=34mm 由d＞22～50，硬度大于170～220HBS，選擇v=10～18m/min, f＞0.25～0.4mm/r,又d=24mm,取定v=10.5m/min,f=0.25mm/r, 則n=1000×10.5/24π=140r/min d.凸輪軸孔6 Φ45，通孔，l=26mm 由d＞40～60，硬度大于170～220HBS，選擇v=10～18m/min, f＞0.3～0.4mm/r,又d=45mm,取定v=14.1m/min,f=0.35mm/r, 則n=1000×14.1/45π=100r/min C.對(duì)后面上的孔的切削用量的選擇 缸套孔7 Φ115、Φ108為階梯孔、Φ107孔，通孔，l=27.5mm，l=30mm, 由于硬度大于170～220HBS，選擇v=35～50m/min,f＞0.4～1.5mm/r,又取d=115mm,取定v=35m/min,f=0.65mm/r, 則n=1000×35/115π=97r/min (孔的編號(hào)見(jiàn)被加工零件工序圖) 2.2.2 計(jì)算切削力、切削扭矩及切削功率 根據(jù)文獻(xiàn)[1]表6-20中公式 鉆孔： (2-2) (2-3) (2-4) 擴(kuò)孔： (2-5) (2-6) 鏜孔： (2-7) (2-8) (2-9) (2-10) 式中， F—切削力（N）；T—切削轉(zhuǎn)矩（N·㎜）；P—切削功率（Kw）； v—切削速度（m/min）；f—進(jìn)給量（mm/r）；D—加工（或鉆頭）直徑（mm）； ap—切削深度（mm）（ap=1.25mm）；HB—布氏硬度，，在本設(shè)計(jì)中，， ，得HB=203。 由以上公式(2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9,2-10)分別可得： 右面 單根 3軸 Fz=1729.4N Fx=424.9N T=177582.0N·mm P=1.356Kw Fz=1729.4N Fx=424.9N T=64850.9N·mm P=0.532Kw 1～2軸 F=201.0N T=6850.5N·mm P=0.070Kw 6軸 F=8396.0N T=76808.1N·mm P=0.997Kw 左面 單根 1～2軸 F=198.97N T=6711.4N·mm P=0.062Kw 4軸 F=7959.8N T=76837.9N·mm P=1.026Kw 5軸 F=4989.6N T=33531.1N·mm P=0.480Kw 6軸 F=191.5N T=5746.24N·mm P=0.059Kw 后面 單根 7軸 Fz=2674.4N Fx=497.5N T=119277.9N·mm P=1.529Kw Fz=2674.4N Fx=497.5N T=112017.5N·mm P=1.442Kw Fz=2674.4N Fx=497.5N T=110980.3N·mm P=1.425Kw (軸編號(hào)與孔編號(hào)相對(duì)應(yīng)) 總的切削功率：即求各面上所有軸的切削功率之和。 右面 Pw=1.356+0.070×2+0.997+0.532=3.025Kw 左面 Pw=0.062×2+1.026+0.480+0.059=1.689Kw 后面 Pw=1.529+1.442+1.425=4.396Kw 實(shí)際切削功率 根據(jù)[1]，P=(1.5～2.5)Pw,因?yàn)槭嵌噍S加工，故取定: P右=1.5×3.025=4.538Kw P左=2×1.689=3.378Kw P后=1.5×4.396=6.594Kw 2.2.3 選擇刀具結(jié)構(gòu) 一臺(tái)機(jī)床刀具選擇是否合理，直接影響機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)率及工作情況。 根據(jù)S195柴油機(jī)機(jī)體的三面加工尺寸精度、表面粗糙度，切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素。所以粗加工機(jī)體的缸套孔Φ118H10、Φ111H8、Φ110H7,曲軸孔Φ195H7、Φ78H7的刀具采用硬質(zhì)合金組成的鏜刀；加工平衡軸孔２－Φ５２M7，凸輪軸孔Φ47H7的刀具采用高速鋼錐柄擴(kuò)孔鉆，加工調(diào)速軸孔Φ25V7,起動(dòng)軸孔Φ37H7，凸輪軸孔Φ35H7的刀具采用高速鋼標(biāo)準(zhǔn)錐柄長(zhǎng)麻花鉆。 2.3 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)—三圖一卡 2.3.1 被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床（或自動(dòng)線）上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準(zhǔn)、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計(jì)研制合同外，它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的具體依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗(yàn)機(jī)床精度的重要文件。 2.3.2 加工示意圖 零件加工的工藝方案要通過(guò)加工示意圖反映出來(lái)。加工示意圖表示被加工零件在機(jī)床上的加工過(guò)程，刀具、輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機(jī)床各部件間的相對(duì)位置關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等。 A.刀具的選擇 刀具直徑的選擇應(yīng)與加工部位尺寸、精度相適應(yīng)?？?-Φ50、Φ45分別選擇刀具Φ50、Φ45的擴(kuò)孔鉆；孔Φ24、Φ36、Φ34分別選擇刀具Φ24、Φ36、Φ34的麻花鉆；孔Φ192、Φ75、Φ115、Φ108、Φ107分別選擇鏜刀刀具截面為B×B=16×16、20×20mm。 B.導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇 在組合機(jī)床加工孔時(shí)，除用剛性主軸的方案外，其尺寸和位置精度主要是靠刀具的導(dǎo)向裝置來(lái)保證的。導(dǎo)向裝置的作用是：保證刀具相對(duì)工件的正確位置；保證刀具相互間的正確位置；提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。 a.本課題中加工的13個(gè)孔中，鉆、擴(kuò)孔的導(dǎo)向部分直徑較小，導(dǎo)向表面旋轉(zhuǎn)線速度均小于20m/min,所以導(dǎo)向裝置選用固定導(dǎo)套，且采用單導(dǎo)向。鏜孔導(dǎo)向直徑較大，旋轉(zhuǎn)線速度較高（大于20m/min）,采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向（利于減輕磨損和持久保證精度），且采用雙導(dǎo)向。 b.導(dǎo)向參數(shù)的選擇：導(dǎo)套直徑、導(dǎo)向長(zhǎng)度及導(dǎo)向套到工件端面距離，導(dǎo)向長(zhǎng)度可按經(jīng)驗(yàn)公式 L=(Z-3)d來(lái)確定。導(dǎo)向套端面至工件端面距離是為了排削方便，一般取1～1.5d 。 對(duì)于加工調(diào)速軸孔Φ24、凸輪軸孔Φ34、起動(dòng)軸孔Φ36孔，選擇的導(dǎo)套尺寸分別為：D=35mm，D1=46mm，D2=45mm，l=55mm， l1=65㎜，配用的螺釘M8。 D=45mm, D1=56mm，D2=55mm，l=65mm， l1=75㎜，配用的螺釘M10。 D=55mm, D1=71mm，D2=70mm，l=75mm， l1=85㎜，配用的螺釘M10。 對(duì)于加工平衡軸孔Φ50，凸輪軸孔Φ45選擇的導(dǎo)套尺寸為：D=70mm，D1=90mm，D2=84mm， l=78mm，l1=94㎜，配用的螺釘M10。 D=62mm，D1=82mm，D2=76mm， l=78mm，l1=94㎜，配用的螺釘M10。 對(duì)于加工曲軸孔Φ192、Φ75，缸套孔Φ115、Φ108、Φ107選擇的導(dǎo)套分別為：內(nèi)滾式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，外滾式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。具體見(jiàn)加工示意圖。 C.確定主軸、尺寸、外伸尺寸 在該課題中，主軸用于鉆、擴(kuò)、鏜孔，選用滾珠軸承主軸及滾錐主軸。又因?yàn)楦?dòng)卡頭與刀具剛性連接，所以這些主軸屬于長(zhǎng)主軸。故本課題中的主軸為滾珠、滾錐軸承長(zhǎng)主軸。 根據(jù)由選定的切削用量計(jì)算得到的切削轉(zhuǎn)矩T，由文獻(xiàn)[1]公式: (2-11)式中，d—軸的直徑（㎜）；T—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·m）； B—系數(shù)，本課題中主軸為非剛性主軸，取B=6.2。 由公式(2-11)可得： 軸3 d=40.25㎜ 軸1～2 d=17.84㎜ 軸6 d=32.64㎜ 軸1～2 d=17.75㎜ 軸4 d=32.64㎜ 軸5 d=26.53㎜ 軸6 d=17.07㎜ 軸7 d=36.44㎜ 考慮到安裝過(guò)程中軸的互換性、安裝方便等因素， 3軸、7軸軸徑取為60㎜； 1、2軸，6軸和5軸軸徑取為30mm；4軸，6軸軸徑取為35mm。 根據(jù)主軸類(lèi)型及初定的主軸軸徑，查[1]P44表3-6可得到主軸外伸尺寸及接桿莫氏圓錐號(hào)。主軸軸徑d=60㎜時(shí)，主軸外伸尺寸為：,L=135㎜；接桿莫氏圓錐號(hào)為4。主軸軸徑d=30㎜時(shí)，主軸外伸尺寸為：,L=115㎜；接桿莫氏圓錐號(hào)為3。主軸軸徑d=35㎜時(shí)，主軸外伸尺寸為：,L=115㎜；接桿莫氏圓錐號(hào)為3。 D.動(dòng)力部件工作循環(huán)及行程的確定 a.工作進(jìn)給長(zhǎng)度的確定 工作進(jìn)給長(zhǎng)度，應(yīng)等于加工部位長(zhǎng)度L（多軸加工時(shí)按最長(zhǎng)孔計(jì)算）與刀具切入長(zhǎng)度和切出長(zhǎng)度之和。切入長(zhǎng)度一般為5～10㎜，根據(jù)工件端面的誤差情況確定。鉆、擴(kuò)、鏜孔時(shí)切出長(zhǎng)度按表3-7分別取為 10～15mm 5～10mm 計(jì)算。式中，d為鉆頭直徑。 三面加工孔的工作進(jìn)給長(zhǎng)度為： 右主軸箱:一工進(jìn)Li=36+8+9=53,二工進(jìn)Li=7,左主軸箱：Li=L1+L+L2=34+6+15=55,后主軸箱：一工進(jìn)Li=30,Li=50，二工進(jìn)Li=10 b.快速進(jìn)給長(zhǎng)度的確定 快速進(jìn)給是指動(dòng)力部件把刀具送到工作進(jìn)給位置。初步選定三個(gè)主軸箱上刀具的快速進(jìn)給長(zhǎng)度分別為340㎜，225㎜和88㎜及122mm。 c.快速退回長(zhǎng)度的確定 快速退回長(zhǎng)度等于快速進(jìn)給和工作進(jìn)給長(zhǎng)度之和。由確定的快速進(jìn)給和工作進(jìn)給長(zhǎng)度可知，三面快速退回長(zhǎng)度分別為400mm，280㎜， 300mm。 d.動(dòng)力部件總行程的確定 動(dòng)力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。三面的前備量均取40㎜，后備量分別取560mm，80㎜， 290mm。則總行程分別為1000mm，400㎜， 630mm . E.選擇接桿、浮動(dòng)卡頭 在鉆、擴(kuò)、鉸孔及倒角等加工孔時(shí)，通常都采用接桿（剛性接桿），因?yàn)橹鬏S箱各主軸的外伸長(zhǎng)度和刀具均為定植。為保證主軸箱上各刀具能同時(shí)到達(dá)加工終了位置需采用軸向可調(diào)動(dòng)的接桿來(lái)協(xié)調(diào)各軸軸向長(zhǎng)度，以滿足同時(shí)加工完成空的要求。同時(shí)鏜攏加工時(shí)采用浮動(dòng)卡頭連接。 2.3.3機(jī)床尺寸聯(lián)系總圖 A.選擇動(dòng)力部件 a.動(dòng)力滑臺(tái)型號(hào)的選擇 根據(jù)選定的切削用量計(jì)算得到的單根主軸的進(jìn)給力，按文獻(xiàn)[1]公式: (2-12)式中，—各主軸所需的 向切削力，單位為N。 則根據(jù)公式(2-12)可得： 右主軸箱 左主軸箱 后主軸箱 實(shí)際上,為克服滑臺(tái)移動(dòng)引起的摩擦阻力，動(dòng)力滑臺(tái)的進(jìn)給力應(yīng)大于。又考慮到所需的最小進(jìn)給速度、切削功率、行程、主軸箱輪廓尺寸等因素，為了保證工作的穩(wěn)定性，由表5-1，左、右、后三面的液壓滑臺(tái)均選用1HY40IA，1HY40IIIA，1HY40IIA型。臺(tái)面寬400mm，臺(tái)面長(zhǎng)800mm,行程長(zhǎng)分別為400mm，1000mm，630mm?；_(tái)及滑座總高360mm,滑座長(zhǎng)分別為1240mm，1840mm，1470mm。允許最大進(jìn)給力20000N，快速行程速度6.3m/min，工進(jìn)速度12.5～500mm/min。 b.動(dòng)力箱型號(hào)的選擇 由切削用量計(jì)算得到的各主軸的切削功率的總和，根據(jù)文獻(xiàn)[1]公式: (2-13) 式中, —消耗于各主軸的切削功率的總和（Kw）； —多軸箱的傳動(dòng)效率,加工黑色金屬時(shí)取0.8～0.9，加工有色金屬時(shí)取0.7～0.8；主軸數(shù)多、傳動(dòng)復(fù)雜時(shí)取小值，反之取大值。本課題中，被加工零件材料為灰鑄鐵，屬黑色金屬，又主軸數(shù)量不多、傳動(dòng)不復(fù)雜，故取。 右主軸箱： 則據(jù)公式(2-13)得: 左主軸箱： 則據(jù)公式(2-13)得: 后主軸箱： 則據(jù)公式(2-13)得: 根據(jù)液壓滑臺(tái)的配套要求，滑臺(tái)額定功率應(yīng)大于電機(jī)功率的原則，查文獻(xiàn)[1]表5-38得出動(dòng)力箱及電動(dòng)機(jī)的型號(hào): 表2-1動(dòng)力箱性能 動(dòng)力箱型號(hào) 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 電動(dòng)機(jī)功率(Kw) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min) 輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min) 右主軸箱 1TD40V Y132M2-6 5.5 960 480 左主軸箱 1TD40V Y132M2-6 5.5 960 480 后主軸箱 1TD40II Y132M-4 7.5 1440 720 c.配套通用部件的選擇 側(cè)底座1CC401，其高度H=560㎜，寬度B=600㎜，長(zhǎng)度：I型L=1350㎜，II型L=1580mm，III型L=1950mm。 B.確定機(jī)床裝料高度H 裝料高度是指機(jī)床上工件的定位基準(zhǔn)面到地面的垂直距離。本課題中，工件最低孔位置，主軸箱最低主軸高度，所選滑臺(tái)與滑座總高，側(cè)底座高度，夾具底座高度，中間底座高度，綜合以上因素，該組合機(jī)床裝料高度取H=1000㎜。 C.確定主軸箱輪廓尺寸 主要需確定的尺寸是主軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度。主軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關(guān)，可按下式計(jì)算： 式中，b—工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（㎜）； —最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（㎜）； h—工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（㎜）； —最低主軸高度（㎜）。 其中，還與工件最低孔位置（）、機(jī)床裝料高度（H=1000㎜）、滑臺(tái)滑座總高（）、側(cè)底座高度（）、滑座與側(cè)底座之間的調(diào)整墊高度（）等尺寸有關(guān)。對(duì)于臥式組合機(jī)床， h1要保證潤(rùn)滑油不致從主軸襯套處泄漏箱外，通常推薦，本組合機(jī)床按式 計(jì)算，得： 。 ,取，則求出主軸箱輪廓尺寸： 根據(jù)上述計(jì)算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定主軸箱輪廓尺寸為B×H=630㎜×500㎜。 2.3.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 單件工時(shí)3.674min/件 A.理想生產(chǎn)率Q（件/h） 理想生產(chǎn)率是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)（包括備品及廢品率）所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。用文獻(xiàn) (2-14) 計(jì)算，式中， A—年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件），本課題中A=50000件； —全年工時(shí)總數(shù)，本課題以兩班16小時(shí)計(jì)，則。 則據(jù)公式(2-14)得: B.實(shí)際生產(chǎn)率Q1（件/h） 實(shí)際生產(chǎn)率是指所設(shè)計(jì)的機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即文獻(xiàn) (2-15) 式中，—生產(chǎn)一個(gè)零件所需時(shí)間（min）。 則據(jù)公式(2-15)得: C.機(jī)床負(fù)荷率 機(jī)床負(fù)荷率為理想生產(chǎn)率與實(shí)際生產(chǎn)率之比。即文獻(xiàn) (2-16) 則據(jù)公式(2-16)得: 表2-2 生產(chǎn)率計(jì)算卡 被 加工 零件 圖號(hào) --- 毛坯種類(lèi) 鑄件 名稱 柴油機(jī)機(jī)體 毛坯重量 材料 HT200 硬度 170～220HBS 工序名稱 左右后面鉆擴(kuò)鏜孔 工序號(hào) 序號(hào) 工步 名稱 被加工零件數(shù)量 加工直徑(mm) 加工長(zhǎng)度 (mm) 工作行程 (mm) 切削速度 (m /?min) 每分鐘轉(zhuǎn)速 (r/ min) 進(jìn)給量 (mm/r) 進(jìn)給速度 (mm /min) 工時(shí)(min) 機(jī)加工 時(shí)間 輔助 時(shí)間 共計(jì) 1 裝卸工件 1 1.5 1.5 2 右滑臺(tái)快進(jìn)340 6300 0.054 左滑臺(tái)快進(jìn)225 6300 0.036 后滑臺(tái)快進(jìn)88 6300 0.014 后滑臺(tái)快進(jìn)122 6300 0.019 3 右多軸箱工進(jìn) (鏜孔3#) 53 48 80 0.51 40 1.325 1.325 右多軸箱工進(jìn) (擴(kuò)孔1、2#) 53 15.7 100 0.395 40 1.325 1.325 右多軸箱工進(jìn) (鉆孔6#) 53 13.5 130 0.31 40 1.325 1.325 4 左多軸箱工進(jìn) (擴(kuò)孔1、2#) 55 14.1 90 0.385 35 1.571 1.571 左多軸箱工進(jìn) (鉆孔4#) 55 14.7 130 0.27 35 1.571 1.571 左多軸箱工進(jìn) (鉆孔5#) 55 10.5 140 0.25 35 1.571 1.571 左多軸箱工進(jìn) (擴(kuò)孔6#) 55 14.1 100 0.35 35 1.571 1.571 后多軸箱工進(jìn) (鏜孔7#) 30 35 97 0.65 63 0.476 0.476 備注 后多軸箱工進(jìn) (鏜孔7#) 50 35 97 0.65 63 0.794 0.794 5 右滑臺(tái)快退400 6300 0.063 0.063 左滑臺(tái)快退280 6300 0.044 0.044 后滑臺(tái)快退300 6300 0.048 0.048 裝卸工件時(shí)間取決于操作者熟練程度,本機(jī)床計(jì)算時(shí)取1.5min 總計(jì) 3.674min 單件工時(shí) 3.674min 機(jī)床生產(chǎn)率 20件/h 機(jī)床負(fù)荷率 54.35% 3 夾具設(shè)計(jì) 3.1夾具設(shè)計(jì)的基本要求和步驟 3.1.1夾具設(shè)計(jì)的基本要求 A.保證工件的加工精度； 保證工件的加工精度是夾具設(shè)計(jì)的最基本要求。其關(guān)鍵在于，正確地確定定位方案、夾緊方案和刀具導(dǎo)向方式，合理地設(shè)計(jì)夾具的尺寸、公差和技術(shù)要求，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行誤差的分析和計(jì)算。 B.能提高機(jī)械加工的勞動(dòng)生產(chǎn)效率、降低工件的制造成本； 夾具設(shè)計(jì)的總體方案應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。在大批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)盡量采用各種快速、高效的結(jié)構(gòu)、自動(dòng)裝置和先進(jìn)的控制方法，以縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)率；在中心批量生產(chǎn)中，則要求在滿足夾具功能的前提下，盡量使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，以降低夾具的制造成本。 C.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便、安全和省力； 夾具的操作要盡量做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便、省力，盡可能采用氣動(dòng)、液壓及其他機(jī)械化夾緊裝置、以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。并可較好地控制夾緊力。夾具操作位置應(yīng)符合操作工人的習(xí)慣，必要時(shí)應(yīng)有安全保護(hù)裝置，以確保使用安全。 D.便于排屑 夾具的排屑是一個(gè)容易忽視的問(wèn)題，如果排屑功能不好，切屑積集在夾具中，會(huì)破壞工件正確的定位；切屑帶來(lái)的大量熱量會(huì)引起夾具和工件的熱變形，影響加工質(zhì)量；切屑的的清掃又會(huì)增加輔助時(shí)間，降低生產(chǎn)率。切屑積集嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)損傷刀具以致造成設(shè)備事故或工傷事故。因此，排屑問(wèn)題在夾具設(shè)計(jì)時(shí)必須給予充分的注意，在設(shè)計(jì)高效組合機(jī)床夾具時(shí)尤為重要。 E.有良好的結(jié)構(gòu)工藝性 夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單、合理，便于加工、裝配、檢驗(yàn)和維修，應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。 夾具設(shè)計(jì)是一種相互關(guān)聯(lián)的工作，通常是在參閱有關(guān)資料的情況下，按加工要求構(gòu)思出設(shè)計(jì)方案，繪制出圖樣，經(jīng)修改后確定夾具的結(jié)構(gòu)。 3.1.2夾具設(shè)計(jì)的步驟 A.設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備 a.分析產(chǎn)品零件工序圖、毛坯圖及裝配圖，分析零件的作用、形狀、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料及毛坯制造精度及技術(shù)要求； b.分析零件的加工工藝規(guī)程，工藝裝備設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，對(duì)任務(wù)書(shū)所提出的要求進(jìn)行可行性研究； c.了解所用機(jī)床的規(guī)格、性能、精度以及與夾具連接部分結(jié)構(gòu)的聯(lián)系尺寸； d.了解所用刀具、量具結(jié)構(gòu)、規(guī)格以及測(cè)量及對(duì)刀調(diào)整方法； e.了解零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、投產(chǎn)批量及生產(chǎn)組織等有關(guān)問(wèn)題；收集有關(guān)設(shè)計(jì)資料。 B.擬定夾具結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 在分析各種原始資料的基礎(chǔ)上，確定夾具的類(lèi)型、定位設(shè)計(jì)、夾緊方式、導(dǎo)向方案 、連接方式、總體布局和夾具的結(jié)構(gòu)形式。繪制方案設(shè)計(jì)圖，進(jìn)行工序精度分析，對(duì)動(dòng)力夾緊裝置進(jìn)行夾緊力的計(jì)算。 C.審核 檢查夾具的各項(xiàng)功能是否符合設(shè)計(jì)要求。 D.總體設(shè)計(jì) 根據(jù)所定方案繪制夾具裝配圖，應(yīng)將夾具的工作原理、結(jié)構(gòu)和各種元件的裝配關(guān)系表達(dá)清楚。用雙點(diǎn)畫(huà)線繪制工件外形輪廓。合理選擇材料，標(biāo)注尺寸、公差和技術(shù)要求。 E.夾具零件設(shè)計(jì) F.夾具的裝配、調(diào)試和驗(yàn)證 3.2定位方案的確定 3.2.1零件的工藝性分析 S195柴油機(jī)機(jī)體材料為HT200，其硬度為HB170～220，在本工序之前柴油機(jī)氣缸體的六個(gè)主要表面已加工完畢。本道工序右面：鏜曲軸孔Φ192、Φ75，擴(kuò)平衡軸孔2×Φ50，鉆凸輪軸孔Φ34，位置度要求φ0.30mm；左面：擴(kuò)平衡軸孔2×Φ50，凸輪軸孔Φ45，鉆起動(dòng)軸孔Φ36，調(diào)速軸孔Φ24，位置度要求φ0.30mm；后面：鏜缸套孔Φ115，Φ108，Φ107，位置度要求φ0.30mm，垂直度要求0.06mm。 3.2.2定位方案的論證 箱體零件的定位方案一般有兩種，“一面兩孔”和“三平面”定位方法。 A.“一面兩孔”的定位方法 它的特點(diǎn)是： a.可以簡(jiǎn)便地消除工件的六個(gè)自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 b.有同時(shí)加工零件五個(gè)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.“一面雙孔”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準(zhǔn)，使零件整個(gè)工藝過(guò)程基準(zhǔn)統(tǒng)一，從而減少由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來(lái)的累積誤差，有利于保證零件的加工精度。同時(shí)，使機(jī)床各個(gè)工序（工位）的許多部件實(shí)現(xiàn)通用化，有利于縮短設(shè)計(jì)、制造周期，降低成本。 d.易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化定位、夾緊，并有利于防止切削落于定位基面上。 B.“三平面”定位方法 它的特點(diǎn)是： a.可以簡(jiǎn)便地消除工件的六個(gè)自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 b.有同時(shí)加工零件兩個(gè)表面的可能，能高度集中工序。 被加工零件為S195柴油機(jī)機(jī)體屬箱體類(lèi)零件，本工序加工為三面同時(shí)加工，加工工序集中、精度要求高，故選用“三平面”定位方法，采用“三平面”定位方法，能夠保證工件的加工孔位置精度要求，同時(shí)便于工件裝夾，又有利于夾具的設(shè)計(jì)與制造。定位方案如圖3-1所示： 圖3-1 夾具方案圖 該方案定位原理：選底面為定位基準(zhǔn)面，用定位板與底面接觸，缸尾用一圓柱定位銷(xiāo)，右側(cè)面使用平壓板輔助夾緊及定位，上面使用壓板液壓夾緊。 3.2.3誤差分析 由于一批零部件在夾具上定位時(shí)，各個(gè)工件所占據(jù)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。 用夾具裝夾工件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，其工藝系統(tǒng)中影響工件精度的因素很多，與夾具有關(guān)的因素如圖3-2所示： 圖3-2 誤差分析圖 A.分別計(jì)算加工端面尺寸326.95±0.15的誤差和垂直度為0.06mm這兩項(xiàng)誤差。 a.定位誤差 a) 基準(zhǔn)不重合誤差 b) 基準(zhǔn)位移誤差 在機(jī)械加工系統(tǒng)中無(wú)影響加工精度的其他因素，加工尺寸326.95±0.15的定位誤差為0，即=0。垂直度0.06的定位誤差=0。 b.對(duì)刀誤差 因?yàn)榈毒呦鄬?duì)于對(duì)刀或?qū)蛟奈恢貌痪_而造成的加工誤差。 c.夾具的安裝誤差， 因?yàn)閵A具在機(jī)床上的安裝不精確而造成的加工誤差。本組合機(jī)床的夾具的安裝基面為平面，因而沒(méi)有安裝誤差。 d.夾具誤差 因?yàn)閵A具上的定位元件，對(duì)刀元件或?qū)蛟鞍惭b基面三者間（包括導(dǎo)向件和導(dǎo)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(shí)的調(diào)整與修配精度。 e.加工方法誤差 因?yàn)闄C(jī)床精度，刀具精度，刀具與機(jī)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(jù)經(jīng)驗(yàn)為它留出工件公差的1/3，計(jì)算可得： =/3 (3-1) 加工尺寸326.95±0.15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。 f.保證加工精度的條件 工件在夾具中加工時(shí)，總加工的誤差為上述各項(xiàng)誤差之和。由于上述誤差均為獨(dú)立的隨機(jī)變量，應(yīng)用概率法疊加，因此保證工件加工精度的條是： =≤ 即工件的總加工誤差應(yīng)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?yàn)槟p而過(guò)早的報(bào)廢，在分析計(jì)算工件加工精度時(shí)，需保留出一定的精度儲(chǔ)備量J，因此上式改寫(xiě)為： 將上述計(jì)算的加工精度值列為表3-1。 表3-1 誤差分析表 誤差計(jì)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(xiàng)精度要求，且具備一定的精度儲(chǔ)備。 B.分別計(jì)算加工尺寸：5220.25和位置度為Φ0.300mm的誤差 a.定位誤差：加工尺寸5220.25的定位誤差=0；位置度Φ0.300mm的定位誤差Φ0.100mm =0.100mm b.對(duì)刀誤差：加工尺寸522±0.25和加工尺寸326.950.15的對(duì)刀誤差一樣，=0.042mm；位置度Φ0.300mm的對(duì)刀誤差=0.042mm c.夾具安裝誤差=0 d.夾具誤差：影響522±0.25的夾具誤差為底面對(duì)側(cè)面的誤差=0.060mm；影響位置度Φ0.300mm的夾具誤差為0.1mm e.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(jù)列為表3-2。 誤差加工 加工要求 ?誤差系數(shù) 加工尺寸522±0.25 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 表3-2 誤差分析表 由上表可知，該夾具能滿足工件的各項(xiàng)精度要求，且具備一定的精度儲(chǔ)備。 分析位置度為0.400mm的加工誤差，因?yàn)闉閙m已經(jīng)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。 3.2.4導(dǎo)向裝置 導(dǎo)向裝置的作用在于保證刀具對(duì)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(dǎo)套有三個(gè)元件組成：壓套螺釘，可換導(dǎo)套和中間套。導(dǎo)套的主要參數(shù)包括：導(dǎo)套的直徑和公差配合，導(dǎo)套的長(zhǎng)度，導(dǎo)套至工件端面的距離。導(dǎo)套的配合間隙對(duì)于孔的位置精度有很大的影響，為了提高位置精度，應(yīng)適當(dāng)提高導(dǎo)套的制造精度和選用較緊的配合。S195柴油機(jī)三面粗鏜組合機(jī)床的導(dǎo)套數(shù)量很多，在檢驗(yàn)機(jī)床的總裝精度時(shí)，不是逐次的全部檢查每個(gè)部位上主軸與導(dǎo)套間的不同軸度，而是適當(dāng)?shù)剡x取兩個(gè)孔位距離較遠(yuǎn)的導(dǎo)套作為檢查部位，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意相應(yīng)位置的部位選用導(dǎo)套，使中間套的長(zhǎng)度與其孔位之比L/D≥3，以便使該孔可靠的插入檢驗(yàn)棒，作為機(jī)床總裝時(shí)檢查主軸與導(dǎo)套間的不同軸度時(shí)使用。 S195柴油機(jī)三面粗鏜孔組合機(jī)床要求位置精度相對(duì)較高，通常可達(dá)mm，而且應(yīng)使導(dǎo)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(zhǎng)導(dǎo)套。在夾具上安裝導(dǎo)向裝置，裝配技術(shù)要求包括：導(dǎo)向孔中心至工件定位基面的距離允差，各導(dǎo)向裝置相應(yīng)的導(dǎo)向孔的不同軸度允差，各導(dǎo)向裝置上相應(yīng)的導(dǎo)向孔的中心連線對(duì)工件定位基面的不平行度允差以及各導(dǎo)向孔中心連線對(duì)夾具定位的位置精度。 S195柴油機(jī)機(jī)體的三面粗鏜組合機(jī)床的刀具導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)在鏜模板上的，由于是大批生產(chǎn)，所以采用可換式導(dǎo)套，是刀具在導(dǎo)套內(nèi)工作。 導(dǎo)套的配合間隙對(duì)于孔的位置精度有較大的影響。為了提高加工的精度，應(yīng)選擇較緊的配合。 導(dǎo)套結(jié)構(gòu)如圖3-3所示： 圖3-3 導(dǎo)套結(jié)構(gòu)圖 3.3夾緊方案的確定 3.3.1夾緊裝置的確定 A.夾緊裝置的組成 本設(shè)計(jì)中夾緊裝置采用機(jī)械夾緊裝置，由力源裝置、中間傳力機(jī)構(gòu)、夾緊元件三部分組成。其組成部分的相互關(guān)系，如圖3-4的方框圖所示： 機(jī)動(dòng) 夾緊裝置 力源裝置 中間傳力機(jī)構(gòu) 夾緊元件 工件 圖 3-4 夾緊裝置組成的方框圖 B.夾緊裝置設(shè)計(jì)的基本要求 a.緊過(guò)程中，不改變工件定位后占據(jù)的正確位置。 b.緊力的大小要可靠和適當(dāng)，既要保證工件在整個(gè)加工過(guò)程中位置穩(wěn)定不變，振動(dòng)小，又要使工件不產(chǎn)生于過(guò)大的夾緊變形。 c.夾緊裝置的自動(dòng)化和復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)想適應(yīng)，在保證生產(chǎn)率的前提下，其結(jié)構(gòu)要力求簡(jiǎn)單，以便于制造和維修。 d.緊裝置的操作應(yīng)當(dāng)方便、安全、省力。 C.夾緊裝置的選擇 通常應(yīng)用的機(jī)械夾緊裝置有氣壓裝置和液壓裝置兩種，各有其優(yōu)越性，要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇用哪種裝置。 a.氣壓裝置 氣壓裝置以壓縮空氣為力源，應(yīng)用比較廣泛，與液壓相比有以下優(yōu)點(diǎn)： a) 動(dòng)作迅速，反應(yīng)快。氣壓為0.5MPa時(shí)，氣缸活塞速度為1~10m/s，夾具每小時(shí)可連續(xù)松夾上千次。 b) 工作壓力低（一般為0.4~0.6MPa）。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)裝置所用材料及制造精度要求不高，制造成本低。 c) 空氣粘度小，在管路中的損失較少，便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送，易于集中操縱或程序控制等。 d) 空氣可就地取材，容易保持清潔，管路不易堵塞，也不會(huì)污染環(huán)境，具有維護(hù)簡(jiǎn)單，使用安全、可靠、方便等特點(diǎn)。 主要缺點(diǎn)是空氣壓縮性大，夾具的剛度和穩(wěn)定性較差；在產(chǎn)生相同原始作用的條件下，因工作壓力低，其動(dòng)力裝置的結(jié)構(gòu)尺寸大。此外，還有較大的排氣噪聲。 b.液壓裝置 液壓裝置的特點(diǎn)是：