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柴油機齒輪室蓋鉆鏜專機總體及夾具設計
摘要：為保證ZH1105W柴油機齒輪室蓋孔加工及保證相應的位置精度，設計一臺鉆鏜組合機床。在完成“三圖一卡”的基礎上，完成夾具設計。
根據(jù)ZH1105W柴油機齒輪室蓋的工序圖分析其精度、表面粗糙度、技術要求、加工部位尺寸、形狀結(jié)構(gòu)、材料硬度、工件剛性及零件的批量的大小不同，確定被加工零件工藝方法和工藝過程，確定該組合機床的總體設計方案；考慮該零件表面結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性但有較高精度的孔需要加工，定位基準選擇“一面雙孔”是最佳的方法。選擇通用導套，保證零件上孔的位置精度。選用液壓滑臺來保證所需要的進給力。動力箱和機床底座都是經(jīng)過嚴格的計算后再選擇合適的標準件，減少機床設計周期和成本；在夾具設計方面采用“一面兩銷”的定位方案保證被加工孔的準確定位和尺寸精度?？紤]到需要的夾緊力比較大和手動夾緊的局限性，選用了液壓自動夾緊的方案，提供穩(wěn)定的夾緊力，減少工人的操作時間并且滿足中批量生產(chǎn)的要求。
此次設計的組合機床，結(jié)構(gòu)簡單、維護方便，大量使用了通用部件來降低制造成本，達到了設計的要求。
關鍵詞：齒輪室蓋；組合機床； 總體設計； 夾具；
Overall and jig design of drilling and boring modular machine for the diesel engine gear cap
Abstract: In order to guarantee the hole processing and the corresponding position precision of the ZH1105W diesel engine gear cap, to drilling and the boring modular machine is designed. It mainly completes the jig design bases on “three charts and a card”.
According to the working procedure chart of the ZH1105W diesel engine’s gear cap analysis work piece’s precision, the surface roughness, the specification, the processing spot size, the shape structure, material degree of hardness, the work piece rigidity and the different of the components batch size to definite technique and technological process, determine aggregate machine-tool’s overall plan. Consider to the irregularity components but have high accuracy holes to be processing. So, “two holes at a face” is the best localization plan. Choiceing the general leads the wrap to Guarantee the hole of the components’ position precision. In order to guarantee the needs of the entering strength, we select hydraulic pressure sliding table. The power box and the engine bed are the standard parts base on our strict computation, so that we can greatly reduce the engine bed design cycle and the cost; In the jig aspect, we use the "two sells at the same face" for the localization plan. Only this way, we can guarantee the hole the accurate localization and the size precision. Considered to the strength of the manual clamps quite be small, selecting the hydraulic pressure clamps is the best way. It could provide stably clamps the strength, reduced worker's operating time and to satisfy the volume production request greatly.
Besides satisfying the processing request, the structure is simple, the maintenance is convenient. The general parts are massively used to reduce the production cost and meet the design requirements.
Key words: The gear cap; Modular machine-tool; Overall design; Jig;
目 錄
1前言………………………………………………………………………………………1
2組合機床總體設計………………………………………………………………………2
2.1組合機床工藝方案的制定…………………………………………………………….2
2.2定位基準的選擇……………………………………………………………………….2
2.3確定機床布置型式及結(jié)構(gòu)方案……………………………………………………….3
2.4本工序的加工方法…………………………………………………………………….3
2.4.1刀具的選擇…………………………………………………………………………..3
2.4.2右側(cè)面鉆9-￠9……………………………………………………………………..3
2.4.3左側(cè)面鉆6-￠5………………………………………………………………………7
2.4.4后側(cè)鏜￠45H8………………………………………………………………………11
2.4.5機床生產(chǎn)率計算卡………………………………………………………………….13
3夾具設計…………………………………………………………………………………15
3.1定位原理及其實現(xiàn)……………………………………………………………………15
3.2誤差分析………………………………………………………………………………15
3.2.1影響加工精度的因素……………………………………………………………….16
3.2.2保證加工精度……………………………………………………………………….17
3.3夾緊方式………………………………………………………………………………18
3.4夾緊力數(shù)值的計算……………………………………………………………………18
3.4.1確定夾緊力時應考慮的計算系數(shù)…………………………………………………18
3.4.2確定夾緊力………………………………………………………………………….19
3.5夾緊點數(shù)目及位置…………………………………………………………………..19
3.5.1夾緊點的數(shù)目………………………………………………………………………19
3.5.2夾緊點的位置………………………………………………………………………20
3.6夾具的主要零件結(jié)構(gòu)設計…………………………………………………………..21
3.6.1鉆模類型選擇………………………………………………………………………21
3.6.2鉆套的結(jié)構(gòu)設計……………………………………………………………………21
3.6.3鉆模板的結(jié)構(gòu)設計…………………………………………………………………21
4零部件的設計繪制…………………………………………………………………….23
4.1繪制尺寸聯(lián)系圖…………………………………………………………………….23
4.2繪制加工零件工序圖……………………………………………………………….23
4.3繪制加工示意……………………………………………………………………….23
4.4繪制夾具裝配圖及其零件圖……………………………………………………….23
5結(jié)論………………………………………………………………………………….24
參考文獻………………………………………………………………………………25
致謝……………………………………………………………………………………26
附錄……………………………………………………………………………………27
1前言
組合機床是根據(jù)工件加工要求，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。組合機床的設計，有以下兩種情況：其一，是根據(jù)具體加工對象的具體情況進行專門設計。其二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結(jié)自己生產(chǎn)和使用組合機床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設計成通用部件，而且一些行業(yè)的在完成一定工藝范圍的組合機床是極其相似的，有可能設計為通用機床，這種機床稱為“專能組合機床”。這種組合機床就不需要每次按具體加工對象進行專門設計和生產(chǎn)，而是可以設計成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工的零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效率設備。
本次畢業(yè)設計課題來源于生產(chǎn)。ZH1105W柴油機齒輪室蓋孔加工及保證相應的位置精。在組合機床設計過程中，為了降低組合機床的制造成本，應盡可能地使用通用件和標準件。目前，我國設計制造的組合機床，其通用部件和標準件約占部件總數(shù)的70～80%，其它20-30%是專用零部件?？紤]到近年來，各種通用件和標準件都出臺了新的標準及標注方法，為了方便以后組合機床的維修，整個組合機床的通用件和標準件配置，都采用了新標準。
在對組合機床總體設計之前，需對被加工零件孔的分布情況及所要達到的要求進行分析，如各部件尺寸、材料、形狀、硬度及加工精度和表面粗糙度等內(nèi)容。然后還必須深入基層進行實地觀察，體會組合機床的優(yōu)點。接下來是總體方案的設計，總體方案設計的具體工作是編制“三圖一卡”，即繪制被加工零件工序圖，加工示意圖，機床尺寸聯(lián)系圖，編制生產(chǎn)率計算卡。最后，就是技術設計和工作設計。技術設計就是根據(jù)總體設計已經(jīng)確定的“三圖一卡”，設計夾具等部件正式總圖；工作設計即繪制各個專用部件的施工圖樣，編制各零部件明細表。
夾具設計是組合機床設計中的重要部分，夾具設計的合理與否，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，然后進行誤差分析，確定夾緊方式，夾緊力的計算，對夾具的主要零件進行結(jié)構(gòu)設計。在夾具設計中，設計的主要思路是采用“一面兩銷”的定位方法，和液壓夾緊機構(gòu)，這樣設計主要是為了鉆、鏜孔時的準確定位和高效率的生產(chǎn)要求。液壓夾緊方式解決了手動夾緊時夾緊力不一致、誤差大、精度低、工人勞動強度大等缺點。
在老師的指導下，不斷地對設計中的錯誤進行糾正，確定最好的定位夾緊方案；同時與同組同學進行探討計算出準確的數(shù)據(jù)選擇合理的通用部件。在不斷的探討修改中歷經(jīng)3個月終于完成了這一課題的設計。
2組合機床總體設計
組合機床總體設計,就是依據(jù)產(chǎn)品的裝配圖樣和零件圖樣,產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領,
現(xiàn)有生產(chǎn)條件和資料以及國內(nèi)外同類產(chǎn)品的有關工藝資料等,擬訂組合機床工藝方案和結(jié)構(gòu)方案,并進行方案圖樣和有關技術文件的設計。
2.1 組合機床工藝方案的制定
制訂工藝方案是設計組合機床最重要的步驟.為了使工藝方案制訂得合理、先進，必須認真分析被加工零件圖紙開始，深入現(xiàn)場全面了解被加工零件的結(jié)構(gòu)特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術要求及生產(chǎn)率要求等，總結(jié)設計、制造、使用單位和操作者豐富的實踐經(jīng)驗，理論與生產(chǎn)實際緊密結(jié)合，從而確定零件在組合機床上完成的工藝內(nèi)容及方法。
根據(jù)所提供ZH1105W柴油機齒輪室蓋的工序圖，分析被加工零件的精度，表面粗糙度，技術要求，加工部位尺寸，形狀結(jié)構(gòu)；特點材料硬度。工件剛性及零件的批量的大小不同，設計的組合機床必須采用不同的工藝方法和工藝過程。
被加工零件需要在組合機床上完成的加工工序及應保證的加工精度是制定機床方案的主要依據(jù)。
此次設計的被加工零件是柴油機齒輪室蓋,其主要的加工工序如下:
a. 鉆6－M6－6H孔至￠5, 左側(cè)面;
b. 鉆6－￠9孔（深38）, 右側(cè)面;
c. 鉆3－￠9孔（深78）, 右側(cè)面;
d. 鏜￠45H8孔至￠43.5, 后側(cè)面;
e. 倒孔口角至￠46.6, 后側(cè)面.
被加工零件材料為HT250，結(jié)構(gòu)為非對稱箱體，是三面加工。
根據(jù)各種要求，分析其優(yōu)缺點，確定設計的組合機床采用機械臥式組合機床。根據(jù)所需加工孔的尺寸精度和表面粗糙度，可以確定這些孔的加工采用麻花鉆，即可滿足要，為了保證孔的加工刀具的直徑與加工部位尺寸相適應，需要專門設計制造。
2.2 定位基準的選擇
正確選擇組合機床加工工件采用的基準定位，是確保加工精度的重要條件。
本設計的柴油機齒輪室蓋是箱體類零件，箱體類零件一般都有較高精度的孔和面需要加工，又常常要在幾次安裝下進行。因此，定位基準選擇“一面雙孔”是最常用的方法，其特點是：
（a）可以簡單地消除工件的6個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位。
（b）有同時加工零件五個表面的可能，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，使零件整個工藝過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差，有利于保證零件加工精度。
（d）易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于防止切屑落于定位基面上。
具體定位圖形見工序圖采用的是“一面兩銷”的定位方案，以工件的右側(cè)面為定位基準面，約束了z向的轉(zhuǎn)動；x向的移動；y向的轉(zhuǎn)動3個自由度。短定位銷約束了z向的移動；y向的移動2個自由度。長定位銷約束了x向的轉(zhuǎn)動1個自由度。這樣工件的6個自由度被完全約束了也就得到了完全的定位。
2.3 確定機床配置型式及結(jié)構(gòu)方案
根據(jù)選定的工藝方案確定機床的配置型式，并定出影響機床總體布局和技術性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。
組合機床是根據(jù)工件交工需要，以大量采用通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床，工藝方案已確定該組合機床是雙面鉆臥式組合機床，該機床是由動力箱，主軸箱，機械滑臺，立柱，中間底座，夾具，立拄底座等組成。
組合機床裝配圖如下：
圖2-1 組合機床裝配圖
2.4 本工序的加工方法
2.4.1刀具的選擇
考慮到工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素，所以加工15個孔的刀具均采用標準錐柄長麻花鉆。
2.4.2 右側(cè)面鉆9-￠9
A. 切削用量的選擇
根據(jù)參考文獻[1]查表6-11高速鋼鉆頭切削用量。加工材料為鑄鐵，硬度200～241HBS,可知切削速度為10～18m/min,孔徑6～12mm。
進給量f mm/r 0.1～0.18mm/r。
鉆孔的切削用量還與鉆孔的深度有關，當加工鑄鐵件孔深為鉆頭直徑的6-8倍時，在組合機床上通常都是和其他淺孔一樣采取一次走刀的辦法加工出來的，不過加工這種較深孔的切削用量要適當降低些。
切削速度
進給量
轉(zhuǎn)速 （2-1）
可由參考文獻[12]表2.17可知圓整為470r/min。
實際切削速度 （2-2）
工進速度 （2-3）
工進時間 其中h為3-￠9的深度。 （2-4）
B. 切削功率，切削力，轉(zhuǎn)矩以及刀具耐用度的選擇
查參考文獻[1]表6-20得
切削力 （2-5）
切削轉(zhuǎn)矩 （2-6）
切削功率 （2-7）
刀具耐用度 （2-8）
C. 動力部件的選擇
由上述計算每根軸的輸出功率P=0.153kw，右側(cè)共9根輸出軸，且每一根軸都鉆￠9直徑，所以總切削功率。
則多軸箱的功率： （2-9）
其中η在切削鑄鐵時取0.9，相當于多軸箱的損耗功率為1.53kw。
所以
由參考文獻[1]表5-39選取動力箱
得出動力箱及電動機的型號:
表2-1右側(cè)動力箱、電動機型號
動力箱型號
電動機型號
電動機功率(Kw)
電動機轉(zhuǎn)速(r/min)
輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min)
L3(mm)
右主軸箱
1TD32-I
Y100L1-4
2.2
1430
715
320
D. 確定主軸類型，尺寸，外伸長度
在右側(cè)面，主軸用于鉆孔，選用滾珠軸承主軸。又因為浮動卡頭與刀具剛性連接，所以該主軸屬于長主軸。故本課題中的主軸均為滾珠軸承長主軸。
根據(jù)主軸轉(zhuǎn)矩T=3.18 N.M
由參考文獻[1]查表3-4可知
（2-10）
=17.335mm
選取d=20mm， B取7.3剛性主軸
由表3-6查得
主軸直徑=20mm， 主軸外徑D=32mm,內(nèi)徑d1=20mm, 主軸外伸尺寸L=115mm, 接桿莫氏圓錐號1，2。
E. 導向裝置的選擇
組合機床鉆孔時，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導向裝置來保證的。導向裝置的作用是：保證刀具相對工件的正確位置；保證刀具相互間的正確位置；提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。
由參考文獻[1]查表8-4得
￠9在 d>8～10范圍內(nèi)，查得如下
D=15mm, D1=22mm, D2=26mm, D3=M6,
L取16mm， 短型導套 ， ， ，
選用通用導套。
F. 連桿的選擇
在鉆、擴、鉸孔及倒角等加工小孔時，通常都采用接桿（剛性接桿）。因為主軸箱各主軸的外伸長度和刀具均為定值，為保證主軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，須采用軸向可調(diào)整的接桿來協(xié)調(diào)各軸的軸向長度，以滿足同時加工完成孔的要求。
為了獲得終了時多軸箱前端面到工件端面之間所需要的最小距離，應盡量減少接桿的長度。
因為9-￠9孔的鉆削面是同一面且主軸內(nèi)徑是20mm,由參考文獻[1]表8-1查得
選取A型可調(diào)接桿 d=16mm， , , L=85mm,
~135mm。
G. 動力部件工作循環(huán)及行程的確定
切入長度一般為5-10mm， 取=7mm; 切出長度由參考文獻[1]表3-7得 mm， 取。 （2-11）
加工時加工部位長度L(多軸加工時按最長孔計算)L=78mm.
為排屑要求必須鉆口套與工件之間保留一點的距離，根據(jù)麻花鉆直徑￠9，由參考文獻[3]表3-4得
導套口至工件尺寸,（參考鉆鋼） 取，又根據(jù)鉆套用導套的長度確定鉆模架的厚度為16mm。
附帶得出底面定位元件的厚度。
快退長度的確定:一般在固定式夾具鉆孔或擴孔的機床上動力頭快速退回的行程只要把所有的刀具都退回至導套內(nèi),不影響工件裝卸即可。
故快退行程為鉆套口至工進行程末端的距離：
快進距離： （行程太短）
故取消快進距離將改為工進，
則工進距離為：。
選擇刀具：根據(jù)鉆口套至工進行程末端的距離，及鉆口套長度,由參考文獻[12]表3-1查得選擇：矩形柄麻花鉆,(切削長度部分145mm)。
H. 滑臺及底座的選擇，
選擇液壓滑臺，進給量實行無級調(diào)速，安全可靠，轉(zhuǎn)換精度高。由于液壓驅(qū)動，零件損失小，使用壽命長，但調(diào)速維修比較麻煩。
由已知工進每根輸出軸的切削力F=1144.5N
則9根軸總的切削力
又因為ITD32-Ⅰ型動力箱滑鞍長度L=630mm,
由參考文獻[1]表5-1選擇1HY32-Ⅰ型滑臺及它的側(cè)底座選擇ICC321查表5-3可得：
臺面寬度320mm，臺面長度630mm，行程400mm， 最大進給力12500N， 工進速度20～650mm/min, 快速移動速度10m/min。
I. 多軸箱輪廓尺寸的設計
確定機床的裝料高度，新頒國家標準裝料高度為1060mm，實際設計時常在850～1060mm之間選取，選取裝料高度為950mm。
多軸箱的寬度與高度的大小與被加工零件的加工部位有關，可按下列關系式確定：
; （2-12）
b-工件在寬度方向相距最遠兩孔距離，b=340mm。
-最邊緣主軸中心距箱體外壁的距離，推薦，取=100。
h-工件在高度方向相距最遠的兩孔距離，h=277mm。
-最低主軸高度。
因為滑臺與底座的型號都已經(jīng)選擇，所以側(cè)底座的高度為已知值：650mm，
滑臺滑座總高：280mm；滑座與側(cè)底座的調(diào)整墊厚度一般取5mm，多軸箱底與滑臺滑座臺面間的間隙取0.5mm。
故mm，
通常推薦，所以符合通常推薦值。
所以，
。
由此數(shù)據(jù)查參考文獻[13]表8.22選取多軸箱尺寸, 臺面寬度為320mm。
2.4.3 左側(cè)面鉆6-￠5
A. 切削用量的選擇
根據(jù)參考文獻[1]查表6-11高速鋼鉆頭切削用量，加工材料鑄鐵，孔徑d=1～6mm，切削速度10～18m/min，進給量f=0.05～0.1mm/r。
切削速度
進給量
由公式（2-1）得：
轉(zhuǎn)速
可由參考文獻[12]2.17可知圓整為1100r/min。
由公式（2-2）得：
實際切削速度
由公式（2-3）得：
工進速度
由公式（2-4）得：
工進時間 其中h為6-￠5的深度。
B. 切削功率，切削力，轉(zhuǎn)矩以及刀具耐用度的選擇
由公式（2-5）：
切削力
由公式（2-6）：
切削轉(zhuǎn)矩
由公式（2-7）：
切削功率
由公式（2-8）：
刀具耐用度 C. 動力部件的選擇
由上述計算每根軸的輸出功率P=0.0797kw，左側(cè)共6根輸出軸，且每一根軸都鉆￠5直徑，所以總切削功率。
由公式（2-9）：
則多軸箱的功率：
其中η在切削鑄鐵時取0.85，
所以
由參考文獻[1]表5-39選取動力箱
得出動力箱及電動機的型號:
表2-2左側(cè)動力箱、電動機型號
動力箱型號
電動機型號
電動機功率(Kw)
電動機轉(zhuǎn)速(r/min)
輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min)
L3(mm)
左主軸箱
1TD25-IA
Y100L-6
1.5
940
520
325
D. 確定主軸類型，尺寸，外伸長度
根據(jù)主軸轉(zhuǎn)矩T=0.70593 N.M
由公式（2-10）：
=11.899mm
選取d=15mm， B取7.3剛性主軸
由表3-6查得
主軸直徑=15mm， 主軸外徑D=25mm,內(nèi)徑d1=16mm, 主軸外伸尺寸L=85mm, 接桿莫氏圓錐號1。
E. 導向裝置的選擇
由參考文獻[1]查表8-4得
￠5在 d>4～6范圍內(nèi)，查得如下
D=10mm, D1=15mm, D2=18mm, D3=M6,
L取12mm， 短型導套 ， ， ，
選用通用導套。
F. 連桿的選擇
為了獲得終了時多軸箱前端面到工件端面之間所需要的最小距離，應盡量減少接桿的長度。
因為6-￠5孔的鉆削面是同一面且主軸內(nèi)徑是15mm,由參考文獻[1]表8-1查得
選取A型可調(diào)接桿 d=10mm， , , L=62mm,
~82mm。
G. 動力部件工作循環(huán)及行程的確定
切入長度一般為5-10mm， 取=8mm; 以為沒有切出所以 取。
加工時加工部位長度L(多軸加工時按最長孔計算)L=16mm.
為排屑要求必須鉆口套與工件之間保留一點的距離，根據(jù)麻花鉆直徑￠5，由參考文獻[3]表3-4得
導套口至工件尺寸,（參考鉆鋼）及綜合考慮裝卸工件的空間要求 取，又根據(jù)鉆套用導套的長度確定鉆模架的厚度為12mm。
快退長度的確定:一般在固定式夾具鉆孔或擴孔的機床上動力頭快速退回的行程只要把所有的刀具都退回至導套內(nèi),不影響工件裝卸即可。
故快退行程為鉆套口至工進行程末端的距離：
快進距離：
H. 滑臺及底座的選擇
由已知工進每根輸出軸的切削力F=430.879N
則6根軸總的切削力
又因為1TD25-IA型動力箱滑鞍長度L=500mm,
由參考文獻[1]表5-1選擇1HY25-Ⅱ型滑臺及它的側(cè)底座選擇ICC251查表5-3可得：
臺面寬度250mm，臺面長度500mm，行程400mm， 最大進給力8000N， 工進速度32~800mm/min, 快速移動速度12m/min。
I. 多軸箱輪廓尺寸的設計
多軸箱的寬度與高度的大小與被加工零件的加工部位有關，可按下列關系式確定：
由公式（2-12）得：
;
b-工件在寬度方向相距最遠兩孔距離，b=264.2mm（由圖可知）。
-最邊緣主軸中心距箱體外壁的距離，推薦，取=100。
h-工件在高度方向相距最遠的兩孔距離，h=209mm。
-最低主軸高度。
因為滑臺與底座的型號都已經(jīng)選擇，所以側(cè)底座的高度為已知值：650mm，
滑臺滑座總高：280mm；滑座與側(cè)底座的調(diào)整墊厚度一般取5mm，多軸箱底與滑臺滑座臺面間的間隙取0.5mm。
故mm，
通常推薦，所以符合通常推薦值。
所以，
。
由此數(shù)據(jù)查參考文獻[13]表8.22選取多軸箱尺寸, 臺面寬度為320mm。
2.4.4 后側(cè)鏜￠45H8孔
A. 切削用量的選擇
由參考文獻[1]表6-15 查得用高速綱刀具粗鏜鑄鐵的切削用量：v=20～25m/min，f轉(zhuǎn)=0.25～0.8mm/r,則選取v=20mm/min, f轉(zhuǎn)=0.4mm/min, 由此出鏜刀的轉(zhuǎn)速：
由公式（2-1）得：
r/min，圓整為n=150r/min,
由公式（2-2）得：
則實際切削速度m/min，
由公式（2-3）得：
工進速度vf=nf=150×0.4=60mm/min
B. 切削力，切削轉(zhuǎn)矩，切削功率的選擇
Fz=51.4apf0.75HB0.55=51.4×1×0.40.75×2140.55=494.58 N （2-13）
Fx=0.51ap1.2f0.65HB1.1=0.51×11.2×0.40.65×2141.1=102.89 N （2-14）
T=25.7Dapf0.75HB0.55=25.7×43.5×0.40.75×2140.55=10757 N·mm （2-15）
kw （2-16）
C. 確定主軸類型、尺寸、外伸長度
滾錐軸承主軸：前后支承均為圓錐滾子軸承。這種軸承可承受較大的徑向和軸向力，且結(jié)構(gòu)簡單、裝配調(diào)整方便，廣泛用于擴、鏜、鉸孔和攻螺紋等加工。因此選用滾錐軸承主軸。
由公式（2-10）得：
mm，
再由參考文獻[1]表3-6查取d=25mm, 主軸外徑為φ40mm，內(nèi)徑為Φ28mm，主軸的外伸尺寸為75mm
D. 確定鏜桿直徑
由鏜孔直徑為Φ43.5mm，參考參考文獻[12]表2.5-4選取鏜桿的直徑為Φ35mm,鏜刀方截面直徑為10×10
E. 浮動卡頭的選擇
根據(jù)軸外徑Φ40mm，內(nèi)徑Φ28mm，由參考文獻[1]圖8-2選擇浮動卡頭D×p=Tr28×3，根據(jù)鏜孔形式為單導向懸臂孔，采用較為普遍的內(nèi)滾式單導向懸臂鏜孔，根據(jù)卡頭內(nèi)徑尺寸d=Φ22mm及鏜孔直徑為Φ43.5mm，及倒角直徑Φ46.6mm確定滑套的徑向尺寸d1=Φ53mm
F. 導向裝置的選擇
由參考文獻[3]表3-4查得導套的總長度：l1=106～159mm，導套口至工件的距離20～50mm，取導套的長為150mm，選取導套口至工件的距離為50mm
G. 工作循環(huán)及行程的確定
由于該動力箱只加工Φ45H8及倒角，故行程主要由鏜孔Φ45H8至Φ43.5決定工作進給長度，切入長度一般為5-10mm，取L1=8mm，L2=5-10mm,取L2=8mm,切出長度由參考文獻[1]表3-7查得，加工長度L根據(jù)零件圖可知Φ45H8孔深13mm，算出工作進給L工=8+13+8=29 mm
快退長度的確定：一般選固定式夾具或鉆孔或擴孔機床上，動力頭快速退回行程只要將所有的刀具都退回至導套內(nèi)，不影響工件裝卸即可，
l快退=50+13+8=71mm, l快進=50-8=42mm
H. 刀桿長度的選擇
假設刀具加工終了位置時導套口與滑套口對齊。
￠43.5刀尖至滑動套口的距離由上面的圖可知即為快退尺寸l快退，L=71mm。
加工終了時，倒角鏜刀恰好倒出￠46.6的倒角。
I. 動力部件的選擇
由上文算出鏜削Φ43.5mm孔的輸出功率P切削=0.166kw,設多軸箱的傳遞效率η=0.85，則由公式（2-9）得動力頭輸入多軸箱的功率P多=kw
根據(jù)多軸箱功率P多=0.195kw，由參考文獻[1]表5-38，選用1TD25-IA型動力箱驅(qū)動：
表2-3后側(cè)動力箱、電動機型號
動力箱型號
電動機型號
電動機功率(Kw)
電動機轉(zhuǎn)速(r/min)
輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min)
L3(mm)
左主軸箱
1TD25-IA
Y100L-6
1.5
940
520
325
J. 滑臺及底座的選擇
已知工進Vf=60mm/min,進給力Fz=494.58N,又因1TD25-IA型動力箱的滑鞍長L=500mm, ，由參考文獻[1]表5-1選擇1HY25型滑臺及配套后底座1CC251。
臺面寬度250mm，臺面長度500mm，行程400mm， 最大進給力8000N， 工進速度32～800mm/min, 快速移動速度12m/min。
K. 多軸箱輪廓尺寸的設計
多軸箱的寬度與高度的大小與被加工零件的加工部位有關，由公式（2-12）得：;
裝料高度為950mm；離定位基準的高度為68mm；
950+68=1018mm，mm，
所以，
。
由此數(shù)據(jù)查參考文獻[13]表8.22選取多軸箱尺寸, 臺面寬度為320mm。
2.4.5 機床生產(chǎn)率計算卡
根據(jù)選定的機床工作循環(huán)所要求的工作行程長度、切削用量、動力部件的快速及工進速度等，就可以計算機床的生產(chǎn)率并生產(chǎn)率計算卡，用以反映機床的加工過程、完成每一個動作所需的時間、切削用量、機床生產(chǎn)率及機床負荷率等，計算公式參照參考文獻[1]。
a.理想生產(chǎn)率
理想生產(chǎn)率(單位為件/h)是指完成年生產(chǎn)綱領A(包括備品及廢品率在內(nèi))所要求的機床生產(chǎn)率。它與全年工時總數(shù)有關，一般情況下，單班制取2350h，兩班制取4600h。則
（2-17）
本設計中，采用的是兩班制，年生產(chǎn)綱領A為130000件。
由公式得：
b.實際生產(chǎn)率
實際生產(chǎn)率是指所設計的機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即公式
（2-18）
式中，—生產(chǎn)一個零件所需時間（min）。
（2-19）
式中 、——分別為刀具第Ⅰ，第Ⅱ工作進給長度，單位為mm；
、——分別為刀具第Ⅰ，第Ⅱ工作進給速度，單位為mm/min；
——當加工沉孔、止口、锪窩、光整表面時，滑臺在死擋鐵上的停留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)5~10轉(zhuǎn)所需的時間，單位為min
——分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為mm；
——動力部件快速行程速度。用機械動力部件時取5~6m/min；用液壓動力部件時取3~10m/min；
——直線移動或回轉(zhuǎn)工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)換時間，一般取0.1min；
——工件裝、卸時間，它取決于裝卸自動化程度、工件重量大小裝卸是否方便及工人的熟練程度等。通常取0.5~1.5min。
所以：
則
c.機床負荷率
機床負荷率為理性鄉(xiāng)生產(chǎn)率與實際生產(chǎn)率之比。由參考文獻[1]公式
（2-20）
則
3夾具設計
夾具是組合機床的重要組成部分，是根據(jù)機床的工藝和結(jié)構(gòu)方案的具體要求而專門設計的。它是用于實現(xiàn)被加工零件的準確定位、夾壓、刀具的導向以及裝卸工件時的限位等作用。
3.1 定位原理及其實現(xiàn)
根據(jù)被加工零件的結(jié)構(gòu)特征，選擇定位基準，實現(xiàn)六點定位原理,即以工件的右側(cè)面為定位基準面，約束了z向的轉(zhuǎn)動；x向的移動；y向的轉(zhuǎn)動3個自由度。短定位銷約束了z向的移動；y向的移動2個自由度。長定位銷約束了x向的轉(zhuǎn)動1個自由度。這樣工件的6個自由度被完全被消除也就得到了完全的定位。
如圖所示:
圖3-1定位原理圖
3.2 誤差分析
一批工件依次在夾具中進行定位時，由于工序基準的變動對加工表面尺寸所造成的極限值之差稱為定位誤差。產(chǎn)生定位誤差的原因是工序基準與定位基準不相重合或工序基準自身在位置上發(fā)生偏移或位移所引起的。
3.2.1 影響加工精度的因素
用夾具裝夾工件進行機械加工時，其工藝系統(tǒng)中影響工件加工精度的因素很多，與夾具有關的因素有：定位誤差ΔP、對刀誤差ΔT、夾具在機床上的安裝誤差ΔA和夾具誤差ΔE，在機械加工工藝系統(tǒng)中，影響加工精度的其它因素綜合稱為加工方法誤差ΔG。上述各項誤差均導致刀具相對工件的位置不精確而形成總的加工誤差∑Δ。
a.定位誤差ΔD
①第一類誤差
第一類誤差是指工件在夾具上定位時所產(chǎn)生的那部分定位誤差
基準不重合誤差是由于定位基準和工序基準不重合而產(chǎn)生的那部分定位誤差。在本設計中，由于定位誤差和工序基準是重合的，所以基準不重合誤差為0。
②第二類誤差
第二類誤差是定位元件對夾具三基準面的尺寸誤差及位置度所產(chǎn)生的那一部分定位誤差。
當支承面即工件底面對夾具的安裝基準（底面）有平行度誤差及支承面對夾具的對刀基準（鉆套軸線）有位置誤差，被加工孔的定位誤差為
移動誤差： （3-1）
轉(zhuǎn)動誤差： （3-2）
故定位誤差為
（3-3）
按標注的測量尺寸：
將上述數(shù)值代入定位誤差計算公式，則得：
b.對刀誤差ΔT
因為刀具相對于對刀或?qū)蜓b置不精確造成的加工誤差，稱為對刀誤差。
本工序中麻花鉆是采用模板進行導向，鉆孔時導向誤差計算公式為：
（3-4）
即得導向誤差mm
c.夾具在機床上的安裝誤差ΔA
因為夾具在機床上的安裝不精確而造成的加工誤差，稱為夾具的安裝誤差。
一般?。?
Δ水A=0.02mm
Δ垂A=0mm
d.夾具誤差ΔE
因夾具上定位元件，對刀或?qū)蛟鞍惭b基面三者之間（包括導向元件與導向元件之間）的位置不精確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差，夾具誤差大小取決于夾具零件的加工精度的夾具裝配時的調(diào)整和修配精度。
一般取ΔE=0.04mm
e.加工方法誤差ΔG
因機床精度，刀具精度，刀具與機床的位置精度，工藝系統(tǒng)受力變形和受熱變形等因素造成的加工誤差，統(tǒng)稱為加工方法誤差，因該項誤差影響因素很多，又不便于計算，所以常根據(jù)經(jīng)驗為它留出工件公差的。計算時可設ΔG=。
——工件位置公差取0.20
ΔG= （3-5）
3.2.2 保證加工精度
工件在夾具中加工時，總加工誤差∑Δ為上述各項誤差之和。由于上述誤差均為獨立隨機誤差，應用概率法加，因此，保證工件加工精度條件是：
（3-6）
即工件總加工誤差∑Δ應不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夾具完全可以保證加工精度。
為保證夾具有一定的使用壽命，防止夾具因磨損而過早報廢，在分析計算工件加工精度時需留出一定精度儲備量，因此將上式改為：
≤－ → =－ （3-7）
當≥0時夾具能滿足加工要求，根據(jù)以上
=－=0.20-0.176=0.024≥0
所以夾具完全可以滿足加工要求。
3.3 夾緊方式
夾緊裝置中產(chǎn)生源動力的部分叫做力源裝置，常用的力源裝置有氣動、液壓、電動等夾緊裝置中直接與工件的被夾壓面接觸并完成壓夾作用的元件稱為夾緊元件，本設計采用了液壓夾緊，解決了手動夾緊是夾緊力不一致，誤差大，精度低，工人勞動強度大等缺點。由于油液的不可壓縮性，能傳遞較大的壓力，一般工作壓力可達pa,比氣壓大10多倍，因此，在產(chǎn)生同樣作用力的情況下，油缸直徑可以小許多倍，使夾具結(jié)構(gòu)更為緊湊。
3.4 夾緊力的數(shù)值計算
選擇夾緊力的作用點和方向應注意：
a) 夾緊力應朝向主要限位面；
b) 夾緊力的作用點應落在定位元件支承范圍內(nèi)；
c) 夾緊力的作用點，應落在工件剛性較好的方向和部位；
d) 夾緊力作用點應靠近工件的加工表面；
夾緊力大小主要取決于切削力和重力的大小和方向。
夾緊力作用點和方向的選擇，通常應與工件定位基準的選擇同時考慮，因此這兩個參數(shù)在制定機床工藝方案時已確定，這里僅作重點敘述的是確定夾緊力的大小的問題。
3.4.1 確定夾緊力時應考慮的計算系數(shù)
a.摩擦系數(shù)?
在許多情況下，并不是由夾具的定位支承機構(gòu)或夾緊機構(gòu)本身直接承受工件所受切削力，而是由工件在緊急狀態(tài)下，工件與定位支承機構(gòu)及夾緊機構(gòu)之間所產(chǎn)生的摩擦力來防止工件產(chǎn)生平移或轉(zhuǎn)動，因此在確定夾緊力時，需要考慮各種接觸表面之間的摩擦系數(shù)。
摩擦系數(shù)主要取決于工件和支承件，壓板之間的接觸形式：
?1——工件和支承件之間的摩擦系數(shù)；
?2——工件和壓板之間的摩擦系數(shù)；
查表得
?1=0.2， ?2=0.7
b.安全系數(shù)
在加工過程中，由于工藝的不同，工件材質(zhì)和加工余量的不同以及刀具鈍化等因素的影響，欲準確地確定所需夾緊力是很困難的。因此，為了夾緊可靠，必須將計算所得的切削力乘以安全系數(shù)作為實際所需的夾緊力。
(3-8)
式中， ——基本安全系數(shù)
——加工狀態(tài)系數(shù)
——刀具鈍化系數(shù)
——切削特點系數(shù)
根據(jù)參考文獻[11]選取
=1.2 =1.2 =1.2 =1
3.4.2 確定夾緊力
夾緊力大小的計算是個很復雜的問題，一般只能作粗略的估算。為了簡化計算起見，在設計夾緊裝置時，可只找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，按靜力平衡原理求出夾緊力的大小。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需要的夾緊力數(shù)值。
由靜力平衡原理得出所需要的夾緊力為：
(3-9)
本機床設計的夾緊力為。
3.5 夾緊點的數(shù)目及位置
3.5.1 夾緊點的數(shù)目
在確定夾緊力作用點的數(shù)目時，應遵從的原則是：對剛性較差的工件，夾緊力的數(shù)目應增多，力求避免單點集中夾緊，以圖減小工件的夾緊變形；但夾緊點愈多，夾緊機構(gòu)愈復雜，夾緊的可靠性愈差。所以采用多點夾緊時，應力求夾緊點的數(shù)目為最小。
考慮到ZH1105W機體是鑄鐵件，使夾緊力分散，應采用多點夾緊。所以本設計采用壓塊進行壓緊，三個壓塊可將壓緊力分為三個. 由于本次設計所選擇的液壓缸是標準件,GB/T2348-1993,T5033型液壓缸,它所能提供的最大力為6,所以總夾緊力為18。
18>,故所選擇的液壓缸完全滿足要求。
3.5.2 夾緊點的位置
夾緊力的作用點的位置應能保證工件的定位穩(wěn)定，而不會引起工件在夾緊過程中產(chǎn)生位移或偏轉(zhuǎn)。夾緊力的作用點應處在夾具定位支承所在的位置上。由于工件的結(jié)構(gòu)和形狀較為復雜，故工件的剛度在不同的部位和不同方向上是不相同的。由ZH1105W的結(jié)構(gòu)圖可分析出：工件的左側(cè)面的剛性最好。因此，夾緊力著力點應均勻布置在左側(cè)面的方向上，如圖所示：
圖3-2夾緊原理圖
3.6 夾具的主要零件結(jié)構(gòu)設計
3.6.1 鉆模類型選擇（夾具體設計）
鉆床夾具簡稱鉆模。根據(jù)待加工面的位置情況，需要在左右后三個面上進行鉆孔，估計夾具與工件的總重量大于100N，鉆孔的直徑大，而且鉆削扭矩大不能采用手扶住加工的方法，所以采用固定式鉆模。固定式鉆模夾具體設計時要考慮工件的裝卸、排屑等操作方便.
夾具體是用來將夾具的各個部分聯(lián)結(jié)成整體的元件，它是夾具上最大的和最復雜的元件。在它上面要安裝定位元件、夾緊裝置、刀具引導件以及其它各種裝置和元件。此外，在夾具體上還應有夾具在機床上安裝用的定位部分，以保證夾具在機床上獲得所需的相互位置，夾具體也是承受負荷最大的元件，承受著工作時的切削力、夾緊力和慣性力。
對夾具體的一般要求：
a. 足夠的剛度和強度；
b. 較輕的重量；
c. 安裝要穩(wěn)定；
d. 保證裝卸工件方便；
e. 工藝性要好；
f. 便于清除切屑和贓物；
切屑和贓物是否容易清理，不僅影響生產(chǎn)效率，同時也影響夾具使用的可靠性。
3.6.2 鉆套的結(jié)構(gòu)設計
鉆套也稱鉆模套，是確定刀具位置及引導刀具的元件。它在鉆模中的作用是保證工件上加工孔的位置精度，引導刀具并防止加工是偏移，提高刀具剛性，防止加工時振動。
鉆套按結(jié)構(gòu)可分為固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套和特殊鉆套。由于固定鉆套加工孔時的位置精度較高，所以本設計采用快換鉆套。
固定鉆套的尺寸可查表：
鉆Φ9的孔時，所選的鉆套的尺寸為：
D=15mm,D1=22mm,D2=26mm
配合尺寸為：
Φ15H7/h6, Φ22H7/h6
鉆Φ5的孔時，所選的鉆套的尺寸為：
D=10mm,D1=15mm,D2=18mm
配合尺寸為：
Φ10H7/h6, Φ15H7/h6
3.6.3 鉆模板的結(jié)構(gòu)設計
安裝固定鉆套的零件稱為鉆模板，它是保證鉆模精度的重要零件。按鉆模板在夾具體上的聯(lián)接方式可分為固定式鉆模板和活動式鉆模板兩種。
固定式鉆模板靠螺釘和銷釘固定聯(lián)接于夾具體上，保證了鉆套底孔的位置精度要求?；顒邮姐@模板不如固定式鉆模板精度高。所以選用固定式鉆模板。
由于固定式鉆模板的尺寸較大，應選用鑄件材料，時效處理，以保證其穩(wěn)定性。
4零部件的設計繪制
4.1 繪制尺寸聯(lián)系圖
繪制的機床總圖要包含的內(nèi)容：表明機床的配置形式和布局；完整的反映各部件間的主要裝配關系和聯(lián)系尺寸，專用部件的主要輪廓尺寸，運動部件的運動極限位置及各滑臺工作循環(huán)的工作行程和前后行程變量尺寸；標注主要部件規(guī)格代號和電動機的型號、功率及轉(zhuǎn)速，并標出機床分組號，全部組件應包括機床全部通用及專用零部件。
根據(jù)計算的動力部件、機床裝料高度、夾具輪廓尺寸、中間底座尺寸以及多軸箱的輪廓尺寸繪制機床尺寸聯(lián)系總圖，見附圖ZH1105W-01-03。
4.2 繪制加工零件工序圖
被加工零件工序圖是組合機床設計的具體依據(jù)，是確定所設計的組合機床上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求，加工用的定位基準、夾壓部位以及被加工零件的材料等情況的圖樣。根據(jù)設計課題要求繪制柴油機齒輪室蓋的加工工序圖，見附圖ZH1105W-01-01。
4.3 繪制加工示意圖
加工示意圖表示被加工零件在機床上的加工過程以及工件、夾具和刀具等機床各部件的相對位置關系等。根據(jù)切削用量、工作循環(huán)、工作行程、工件、刀具、及導向等繪制加工示意圖，見附圖ZH1105W-01-02。
4.4 繪制夾具裝配圖及其零件圖
根據(jù)前面的計算和夾具的主要零件的結(jié)構(gòu)設計，繪制出夾具的裝配圖和主要零件圖，見附圖ZH1105W-02-01及夾具體、模板等主要零件圖，見附圖ZH1105W-02-04、ZH1105W-02-10、ZH1105W-02-02等等。
5結(jié)論
本次設計的ZH1105W柴油機齒輪室蓋三面鉆鏜組合機床采用單工位的工作方式，在加工生產(chǎn)線上同時完成了三道工序，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度，從而降低了零件的加工成本。同時采用“一面兩銷”的定位方式和液壓夾緊方法，保證了加工精度，提高了加工效率。并且在設計之中，盡量選用通用件，進一步減少了制造成本，從而增加了經(jīng)濟效益。
本組合機床設計合理，符合實際應用，滿足加工要求，且較大部分采用通用件和標準件，制造成本合理，機床操作簡單，設備調(diào)整、維修方便。本設計也有不足之處如：結(jié)構(gòu)不夠緊湊、機床占地面積大等。
參 考 文 獻
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[13] 姚永民.非標準設備設計[M].上海：交通大學出版社，1999.
附 錄
序號 圖 名 圖 號 圖 幅
1 被加工零件工序圖 ZH1105W-01-01 A0
2 加工示意圖 ZH1105W-01-02 A0
3 機床總體尺寸聯(lián)系圖 ZH1105W-01-03 A0
4 夾具裝配圖 ZH1105W-02-01 A0
5 夾具體 ZH1105W-02-04 A1
6 右側(cè)鉆模板 ZH1105W-02-10 A2
7 左側(cè)支架 ZH1105W-02-02 A2
8 定位銷 1 ZH1105W-02-09 A3
9 定位銷 2 ZH1105W-02-12 A3
10 鉆模板 ZH1105W-02-06 A3
11 后側(cè)鏜支架 ZH1105W-02-03 A3
12 壓頭 ZH1105W-02-07 A4
13 定位塊 ZH1105W-02-11 A4
27