2022年柴油机气缸盖三面钻床总体及夹具设计方案 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 柴油机气缸盖组合钻床总体及夹具设计摘要：本设计课题来源于盐城市江淮动力集团；柴油机气缸盖是需要大量生产 的零件,为了提高加工精度和生产效率,需要设计一种组合机床来改善柴油机 机体的加工情形；本组合机床是针对气缸盖左、右、后个面上 7 个孔同时加 工、生产率低、位置精度误差大的问题的需要而设计的；该设计的内容包括总 体设计和夹具设计两方面；在总体设计中分析了被加工零件的加工工艺性,选 择了加工的定位基准及夹紧方案,合适的切削用量、刀具、及机床的配置型 式,合适的结构方案等,同时完成了“ 三图一卡” 的绘制；夹具设计时,第一 确定工件的定位方案,然

2、后挑选夹紧方案,估算夹紧力大小,挑选夹紧液压缸 的型号,最终完成夹具的零部件设计；最终依据运算结果绘制夹具装配图和主 要的零件图；在夹具设计方面,采纳了专用夹具,用符合六点定位原就的“ 两 销一面” 定位方案排除工件的六个自由度,使工件获得稳固牢靠的定位,并有 同时加工零件两个表面的可能,能高度集中工序；夹紧装置就选用液压夹紧装 置,使夹紧平稳牢靠；本组合机床效率高,成本低,加工精度高,操作使用方 便,减轻了工人的劳动强度,提高了劳动生产率,满意了设计需要；关键词：组合机床；夹具；气缸盖本设计来自：完善毕业设计网 登陆网站联系客服远程截图或者远程控观看完整全套论文图纸设计 客服 QQ：8191

3、0401 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - The Overall and Fixture Design of Modular Machine Tool for Drilling Holes of Diesel Engine Cylinder Head Abstract: The design project is from Jiangdong Dynamic Group of Yancheng. Consideringthe large quantity of cylinder head needed

4、by diesels, a modular machine tool is designed to improve the accuracy and efficiencyof diesel production. The machine tool is designed for the cylinder head left and right, after a seven-level processing at the same time, low productivity,location accuracy error of major issues.The design is mainly

5、 focused on both the overall design and jig design. The overall design specifse detailed analysis of processing techonology, choice ofsuch factors as the positioning datum of processing, grip program, proper cutting parameters, cuttingtools, the configuration types of machine tools, the proper const

6、ruction program and so on. Meanwhile the drawing of “ Three Charts and One Card” are completed.Fixture design, the first to identify the workpiece positioning programme, and the select clamping programme, estimates clamping force size, the choice of clamping cylinder model, the final fixture of the

7、parts design. Finally, according to the results drawn fixture assembly and major parts of the map. As far as jigs are concerned, a special fixture are employed with the aid of the three platforms positioning program according to the principle of six points positioning to eliminate the six degrees of

8、 freedom of workpiece for a stable and reliable positioning. The safer, more reliable and convient hydraulic grip devices are employed for a stable and reliable grip. The charateristics of high efficieney, low cost, high processing accuracy, easy operation, make it possible to relievethe labor inter

9、nsity to improve efficiencyand to meet design the requirements . Key Words: Modular machine tool； Fixture； Cylinder Head2 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录1 前言 1 2 组合机床总体设计 3 2.1 总体方案论证 3 2.1.1 加工对象工艺性分析3 4 2.1.2 机床配置型式的挑选3 2.1.3 定位基准的挑选 4 2.2 确定切削用量及挑选刀具2.2.1 挑选切削用量

10、4 2.2.2 运算切削力、切削扭矩及切削功率 2.3 三图一卡设计 8 6 2.3.1 被加工零件工序图8 2.3.2 加工示意图 8 2.3.3 机床联系尺寸图 11 2.3.4 机床生产率运算卡 13 3 组合机床夹具设计 15 3.1.1 零件的工艺性分析 15 3.1.2 夹具设计的基本要求 15 3.1.3 夹具总体结构构思 16 3.2 定位方案的确定 16 3.2.1 定位方案的论证 16 3.2.2 定位基准的挑选 16 3.2.3 定位的实现方法 17 3.3 误差分析 17 3.3.1 影响加工精度的因素 17 3.3.2 保证加工精度的条件 19 3.4 夹紧方案确定

11、19 3.4.1 夹紧装置的确定 19 3.4.2 夹紧力的确定 20 3.4.3 夹紧液压缸的挑选22 23 3.5 导向装置的挑选 23 3.5.1 钻模套型式的挑选和设计3.5.2 钻模板的类型和设计23 3.6 夹详细确定 24 4 结论 25 参考文献 26 致谢 27 附录 28 3 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 前言组合机床以其特殊的优点在机械设计中占有重要的位置,是依据工件加工 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；组合机床一般采纳多轴、多刀、多工

12、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 据需要敏捷配置,能缩短设计和制造周期；因此,组合机床兼有低成本和高效 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 合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工 艺装备；它的特点是高效、高质、经济有用,因而被广泛应用于工程机械、交 通、能源、军工、轻工、家电等行业；在当今的进展趋势中,一台组合机床如 果不能完成全部的工艺过程,这时往往把几台机床布置流水线,大大缩短了加 工时间；我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采纳机、电、气、液压控 制,它的

13、加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件 近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占肯定份额,完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种外形槽,以及铣削平面和成形面 等；组合机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,仍有多工位回转台式组合机床等；随着 技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青 睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换,配以 可编程序掌握器 、数字掌握 等,能任意转变工作循环掌握和驱 动系统,并能敏捷适应多品种加工的可调可变的组合机床；另外,近年来组

14、合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机 清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线 等在组合机床行业中所占份额也越来越大；二十世纪 70岁月以来,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进展,组合机床的加工精度也有所提高；组合机床将来的进展将更多的采纳调速电动 机和滚珠丝杠等传动,以简化结构、缩短生产节拍；采纳数字掌握系统和主轴 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；组合 机床的设计,目前基本上有两种情形：其一,是依据详细加工对象的详细情形 进行特地设计,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,广大工人总结自己生产和使

15、用组合机床的体会,发觉组合机床不 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肯定工 艺范畴内组合机床是极其相像的,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详细加工对象进行特地设计和生 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详细需 要,配以简洁的夹具及刀具,即可组成加工肯定对象的高效率设备；组合机床 行业的产品技术现状与猛烈竞争的市场以及与用户需求之间的差距是比较大 的, 在市场经济的新形势下,切实解决存在的薄弱环节,完善售后服务体系,4 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 12

16、 页精选学习资料 - - - - - - - - - 以求得行业企业的大进展,前景是美的；国内组合机床近几年取得了长足的进步,但是与发达国家相比,在产业结 构、产品水平、开发才能、产业规模、制造技术水平、劳动生产率、国内外市 场占有率等诸多方面尚存在不少差距；在组合机床方面,总体水平不高,国际 竞争力不强,不能充分满意国内建设需要,关键技术过分依靠国外,自主进展 才能薄弱,高技能人才的比较优势有弱化的危急,产品质量不稳固,用户服务 水平差距较大；本次设计的课题是柴油机气缸盖三面钻床总体及夹具设计；该课题来源于江淮动力集团；该集团生产的S195柴油机、 ZH1105柴油机销路非常走俏,市场需求量

17、大,畅销国内外市场；现在该集团迫切需要改善现有的生产条件,进行 提高生产率、改善产品质量方面的技术改造,使产品的合格率上升,增加产 量,适应市场竞争的需要,提高经济效益；本设计主要针对原有的气缸盖左、右、后个面上7个孔同时加工、生产率低、位置精度误差大的问题而设计的,从而保证孔的位置精度、提高生产效 率,降低工人劳动强度；由于柴油机机体需大批量生产,为了提高加工精度,降低成本,有必要设计一种组合机床来满意柴油机机体三面同时钻孔的需要；本次设计分总体设计、夹具设计、左主轴箱设计、后与右轴箱设计三部分；我 主要负责夹具部分的设计,总体设计由我和另外两位同学共同完成；在设计组 合机床过程中,组合机床

18、夹具的设计是整个组合机床设计工作的重要部分之 一；虽然夹具零件的标准化程度高,使设计工作量大为削减,设计周期大为缩 短,但在夹具设计过程中,在保证加工精度的前提下,如何综合考虑生产率、经济性和劳动条件等因素,仍有肯定的难度；设计该组合机床方案如下：认真分析零件的特点,以确定零件合理可行的 加工方法 包括支配工序及工艺流程,确定工序中的工步数,挑选加工的定位基 准及夹压方案等）,确定工序间加工余量,挑选合适的切削用量,确定组合机 床的配制形式；依据被加工零件的工艺要求确定刀具,再由刀具直径运算切削 力,切削扭矩,切削功率,然后挑选各通用部件,最终按装配关系组装成组合 机床；本说明书以设计卧式三面

19、钻螺纹底孔组合机床为主线,阐述了刀具的挑选和夹具设计的过程；在第2章中着重介绍了组合机床的总体设计；在总体设计中,第一是被加工零件的工艺分析,然后是总体方案的论证,在比较了很多方 案之后,结合本道工序加工的特点最终挑选卧式双面的机床配置型式；再结合 本道工序的特点挑选刀具；依据挑选的切削用量,运算刀具的切削力、切削扭 矩、切削功率等,再确定刀具的大小和型式；在确定这些设计运算后,然后是 绘制组合机床的“ 三图一卡” 被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率运算卡；在第3章中,主要介绍了夹具的设计；夹具设计是组合机床设计中的一个重要的组成部分；夹具设计时,第一确定工件的定位方案,然

20、后挑选夹紧方案,估算夹紧力大小,挑选夹紧液压缸的型号,最终完成夹具的5 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 零部件设计；最终依据运算结果绘制夹具装配图和主要的零件图；2 组合机床总体设计2.1 总体方案论证2.1.1 加工对象工艺性的分析A.本机床被加工零件特点该加工零件为柴油机气缸盖；材料HT250,其硬度为 HB190240,重量12Kg,在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕；B.本机床被加工零件的加工工序及加工精度 本道工序：钻左面、右、后三面的孔,由本设备“ 气缸盖三面钻组合机 床” 完成,因此

21、,本设备的主要功能是完成柴油机机体左、右、后三个面上 7个 孔的加工；详细加工内容及加工精度是：a. 钻左侧面上 1个孔：钻 G3/8 放置螺塞底孔至 15.2 通孔,；b. 钻右侧面 即进气道面上）： 完工尺寸为 4 M10-7H）螺纹底孔至 8.5 ,深 19,各孔位置度公差为 0.03mm；c. 钻后侧面 即排气道面上）： 完工尺寸为 2 M10-7H）螺纹底孔至 8.5 ,深 19,各孔位置度公差为 0.03mm；全部螺孔的孔口 90 倒角至螺纹外径；2.1.2 机床配置型式的挑选依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；既要考虑能实

22、现工艺方案,以确保零件的精 度、技术要求及生产率,又要考虑机床操作便利牢靠,易于修理,且润滑、冷 却、排屑情形良好；对同一个零件的加工,可能会有各种不同的工艺方案和机 床配置方案,在最终打算实行哪种方案时,绝不能草率,要全面地看问题,综 合分析各方面的情形,进行多种方案的对比,从中挑选正确方案；各种形式的单工位组合机床,具有固定式夹具,通常可安装一个工件,特 别适用于大、中型箱体类零件的加工；依据配置动力部件的型式和数量,这种 机床可分为单面、多面复合式；利用多轴箱同时从几个方面对工件进行加工；但其机动时间不能与帮助时间重合,因而生产率比多工位机床低；机床的配置型式主要有卧式和立式两种；卧式组

23、合机床床身由滑座、侧底6 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 座及中间底座组合而成；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便利；而且,机床重心较低,有利于减小振动；其 缺点是减弱了床身的刚性,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,操作便利；其缺点是机床重心 高,振动大；在认真分析了被加工零件的结构特点及所挑选的加工工艺方案,又由组合 机床的特点及适应性,确定设计的组合机床的配置型式为单工位卧式三面钻组 合机床；2.1.3 定位

24、基准的挑选被加工零件为 ZH1105柴油机机体体属箱体类零件,本工序加工为三面同时 钻螺纹底孔,加工工序集中、精度要求高；由于箱体零件的定位方案一般有两 种,“ 一面两孔” 和“ 三平面” 定位方法；A. “ 一面双孔” 的定位方法 它的特点是：a. 可以简便地排除工件的六个自由度,使工件获得稳固牢靠定位；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,从而削减由基准转换带来的累积误差,有利于保证零件的加工精度,同时,使机床各个工序 于缩短设计、制造周期,降

25、低成本；工位）的很多部件实现通用化,有利d. 易于实现自动化定位、夹紧,并有利于防止切削落于定位基面上；B.“ 三平面” 定位方法 它的特点是：a. 可以简便地排除工件的六个自由度,使工件获得稳固牢靠定位；b. 有同时加工零件两个表面的可能,能高度集中工序；一般情形下,“ 一面双孔” 是最常用的定位方案,即零件在机床上放置的 底面及底面上的两个孔作为定位基准,通过一个平面和两个定位销限制其六个 自由度；柴油机气缸盖质量较大,底面上孔的直径足够,定位销不会受力变 形,宜选用“ 一面双孔” 定位基准,所以初步拟定“ 一面双孔” 定位方法,该 定位方案限制的自由度表达如下：本机床加工时采纳的定位方式

26、是一面双孔,以底面为定位基准面,限制一个自由度；两个孔限制五个自由度；为便利定位 装夹在右侧有两个定位板,在后面用一个定位块,作帮助支承,其不限制自由 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；2.2 确定切削用量及挑选刀具2.2.1 挑选切削用量对于 7个被加工孔,采纳查表法挑选切削用量,从文献7 / 12 1P.130 表6-11 中选名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 取；由于钻孔的切削用量仍与钻孔深度有关,随孔深的增加而逐步递减,其递 减值按文献 1P.131 表6-12 选取；降低进给量的

27、目的是为了减小轴向切削力,以防止钻头折段；钻孔深度较大时,由于冷却排屑条件都较差,是刀具寿命有 所降低；降低切削速度主要是为了提高刀具寿命,并使加工较深孔时钻头的寿 命与加工其他浅孔时钻头的寿命比较接近；切削用量挑选是否合理,对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的布局形式及正常工作均有很大影响；组合机床多轴箱上所以的刀具共用一个进给系统,通常为标准动力滑台；查文献 钻头的切削用量如表 2-1 ：1 得硬度 HB190-240时,高速钢表 2-1 高速钢钻头切削用量加工材料加工直径切削速度进给量 mm/r 190240HBS 铸铁612 1018 0.1 0.18 1222 0.18

28、0.25 在挑选切削速度时,要求同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必需相等并等于滑台的工进速度 和每转进给量 单位为 mm/r）,再依据其工作时间最 长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“ 限制性刀具” 来确定并调整每转进给量和转速,通过“ 试凑法” 来满意每分钟进给量相同的要求,即 2-1）在挑选了转速后就可以依据以下公式挑选合理的切削速度； 得：取 n=533r/min ； B. 孔2 8.5 ,深 19mm 查1 第130页表6-1 高速钻头切削用量得：由d612,硬度大于 190240HBS,挑选 v=1018m/min, f 0.1 0.18mm/r, 又d=8.5mm,初选 v=14.1 m

29、/min , f=0.13 mm/r 就由取 n=539r/min ； C.钻孔 15.2 ,通孔,查 1 第 130 页表 6-11 高速钻头切削用量得：由d8 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1222,硬度大于 190240HBS 挑选 v=10 18m/min,取 v=16m/min,f 0.8 0.25mm/r,取 f=0.2mm/r ,d=15.2mm,表 2-2 加工各个孔的进给量,工进速度及切削速度孔径8.5 8.5 15.2 切削用量v m/min 14 14.1 16 f mm/r 0

30、.13 0.13 0.2 n r/min 533 539 335 2.2.2 运算切削力、切削扭矩及切削功率依据文献 1P.134表 6-20 中公式 2-3 2-4 2-5 式中, F 切削力 N）；T 切削转矩 Nmm）；P 切削功率 kW）；v 切削速度 m/min）；f 进给量 mm/r）；D 加工 或钻头）直径 mm）；HB布氏硬度；,在本设计中,得 HB=223；由以上公式可得：A.右侧面钻孔 钻 4 M10 钻至 4 8.5,深 19 由公式 2-3）得：=26 8.5 0.130.8 223 0.6=1107.97 N 由公式 2-4）得： =10 8.51.9 0.130.8

31、 223 0.6 =2924.38Nmm由公式 2-5）得： = =0.1575 kWB. 后侧面钻孔 钻 2 M10 钻至 2 8.5,深 19 由公式 2-3）得：9 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - =26 8.5 0.130.8 223 0.6=1107.97 N 由公式 2-4）得： =10 8.51.9 0.130.8 223 0.6=2924.38 Nmm由公式 2-5）得： = =0.1586 kWC左侧面钻孔 钻孔 15.2 ,通孔 由公式 2-3）得：=26 15.2 0.20.8 2

32、23 0.6=2796.56 N 由公式 2-4）得： =10 15.21.9 0.20.8 223 0.6=12454.02 Nmm由公式 M Nmm P kW 1107.97 2924.38 0.1575 8.5 1107.97 2924.38 0.1586 15.2 2796.56 12454.4 0.429 总的切削功率：即求各面上全部轴的切削功率之和 右面 Pw1=4 0.1575=0.63Kw 左面 Pw2=0.429kw 后面 Pw3=2 0.1586=0.3172kw 实际切削功率 依据 9 ,P=1.5 2.5Pw,由于是多轴加工,故取定 P=2Pw 就 P 右=2 0.63

33、=1.26Kw P 左=2 0.429=0.858Kw P 后=2 0.3172=0.63Kw 10 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.3 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依据制定的工艺方案,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、毛坯或半成品情形的图样；除了设计研制合同外,它是组合机床设计 的详细依据,也是制造、使用、

34、调整和检验机床精度的重要文件；工序图见附 录 A.被加工零件 名称及编号：气缸盖 材料及硬度： HT250 HB190 240 重量 12Kg；B.定位基准及夹压点的挑选 针对机体的结构特点,不宜选用“ 一面双孔” 定位基准,可采纳“ 三平 面” 定位基准的方法；在挑选夹压部位时应留意零件夹压后定位稳固和防止零 件夹压后变形的问题,可以挑选上表面夹压；C. 图中符号 表示定位基面； 表示夹紧点,2.3.2 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 达工艺方案详细内容的机床工艺方案图；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

35、的加工过程,刀具、辅具的 布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系,机床的工作 行程及工作循环等；加工示意图见附录；A. 刀具的挑选 在编制加工示意图的过程中,第一是对刀具进行挑选；一台机床刀具的选 择是否合理,直接影响到机床的加工精度、生产率和工作情形；因而正确挑选 刀具是一个相当重要的工作；刀具的挑选要考虑到工件加工尺寸精度、表面粗 糙度、切屑的排除及生产率要求等因素；钻孔刀具其直径应与加工终了时刀具 螺纹螺旋槽后端和导向套外端有肯定的距离；a. 刀具直径的挑选 刀具直径的挑选应与加工部位尺寸、精度相适应；依据工艺要求及加工精 度的要求,钻 8.5 孔时采纳 8.5/ 12复合麻花钻头,钻 15.2 孔时采纳 15.2/ 18复合麻花钻头；b. 刀具耐用度的运算 确定刀具耐用度,用以验证选用量或刀具是否合理,刀具的耐用度至少大于11 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 12 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 12 页