4L22柴油機機體頂面精銑床設計【說明書+CAD】

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論文（設計）內(nèi)容（需明確列出研究的問題）：根據(jù)4L22機體圖紙、工件的工序圖及生產(chǎn)綱領5萬臺： 1．設計機體頂面精銑床外觀圖； 2．設計機床夾具：合理確定夾具的定位方案、夾緊方案等，繪制夾具總圖，完成夾具主要零部件的設計； 資料、數(shù)據(jù)、技術(shù)水平等方面的要求 1．按要求繪制機體頂面精銑床外觀圖：清楚表明機床配置和布局，規(guī)定各部件輪廓尺寸及相互間裝配關(guān)系和運動關(guān)系，正確選擇各動力部件； 2．夾具總圖按照國家制圖標準繪制，清楚表達出夾具的結(jié)構(gòu)及各裝置、 元件之間的位置關(guān)系。繪制夾具非標零件圖，按照國家制圖標準繪制， 并按夾具總圖的要求確定零件的尺寸、公差及技術(shù)要求，尺寸及公差、 形位公差、配合、表面粗糙度等標注應完整、正確，并符合有關(guān)標準。 3．畢業(yè)論文要求：按有關(guān)要求撰寫，條理清楚，有關(guān)分析計算正確， 采用法定計量單位。 指導教師簽名：李愛芝 2010 年 3月 1 日 3 萊陽農(nóng)學院 本科生畢業(yè)論文（設計） 題 目： 4L22柴油機機體頂面精銑床設計 姓 名： 張正暖 學 院： 機電工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 2002級3班 學 號： 20020671 指導教師： 李愛芝 完成時間： 2006年6月18日 2006年 6 月 18 日 萊陽農(nóng)學院 本科生畢業(yè)論文(設計)開題報告 題 目： 4L22柴油機機體頂面精銑床設計 姓名：張 正 暖 學號： 20020671 年級： 2002級3班 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 指導教師：姓名 李愛芝 職稱： 副 教 授 萊陽農(nóng)學院教務處 二OO六 年 四 月 八 日 說 明 一、開題報告前的準備 畢業(yè)論文(設計)題目確定后，學生應盡快征求導師意見，討論題意與整個畢業(yè)論文(或設計)的工作計劃，然后根據(jù)課題要求查閱、收集有關(guān)資料并編寫研究提綱，主要由以下幾個部分構(gòu)成： 1.研究(或設計)的目的與意義。應說明此項研究(或設計)在生產(chǎn)實踐上或?qū)δ承┘夹g(shù)進行改革帶來的經(jīng)濟、生態(tài)與社會效益。有的課題過去曾進行過，但缺乏研究，現(xiàn)在可以在理論上做些探討，說明其對科學發(fā)展的意義。 2.國內(nèi)外同類研究(或同類設計)的概況綜述。在廣泛查閱有關(guān)文獻后，對該類課題研究(或設計)已取得的成就與尚存在的問題進行簡要綜述，只對本人所承擔的課題或設計部分的已有成果與存在問題有條理地進行闡述，并提出自己對一些問題的看法。 3.課題研究(或設計)的內(nèi)容。要具體寫出將在哪些方面開展研究，要重點突出。研究的主要內(nèi)容應是物所能及、力所能及、能按時完成的，并要考慮與其它同學的互助、合作。 4.研究(或設計)方法?？茖W的研究方法或切合實際的具有新意的設計方法，是獲得高質(zhì)量研究成果或高水平設計成就的關(guān)鍵。因此，在開始實踐前，學生必須熟悉研究(或設計)方法，以避免蠻干造成返工，或得不到成果，甚至于寫不出畢業(yè)論文或完不成設計任務。 5.實施計劃。要在研究提綱中按研究(或設計)內(nèi)容落實具體時間與地點，有計劃地進行工作。 二、開題報告 1.開題報告可在導師所在教研室、專業(yè)或?qū)W院范圍內(nèi)舉行，須適當請有關(guān)專家參加，導師必須參加。報告最遲在畢業(yè)(生產(chǎn))實習前完成。 2.本表在開題報告通過論證后填寫，一式三份，本人、導師、所在學院(要原件)各一份。 三、注意事項 1.開題報告的撰寫完成，意味著畢業(yè)論文(設計)工作已經(jīng)開始，學生已對整個畢業(yè)論文(設計)工作有了周密的思考，是完成畢業(yè)論文(設計)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在開題報告的編寫中指導教師只可提示，不可包辦代替。 2.無開題報告者不準申請答辯。 3.本表要用計算機填寫，簽字要手寫。 一、選題依據(jù)(擬開展研究項目的研究目的、意義等) 4L22柴油機是山東華源萊動自行研制開發(fā)的新產(chǎn)品，4L22柴油機機體采用的是干缸套，對機體頂面的加工精度要求，特別是平面度要求較高。機體頂面的加工精度直接影響缸孔和缸孔止口的加工精度，隨著數(shù)控機床和加工中心的發(fā)展和應用越來越廣泛，在生產(chǎn)線上組合機床、通用機床的應用雖然受到一定的影響，但在實際生產(chǎn)中，箱體類零件平面的加工多數(shù)采用端銑刀在專用組合銑床或通用銑床進行銑削加工。組合機床是以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件，對一種或多種工件按預先確定的工序進行加工的高效專用機床，具有生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定，工人勞動強度低，設計、制造周期短，加工對象改變時，原有的通用零、部件可以重新利用，組成新的組合機床等特點，目前仍是箱體類零件大批大量生產(chǎn)的主要設備。 目前，所采用的金屬切削機床主要是自動線（60%）、組合機床（20%）和加工中心（20%）。顯然，在大批大量生產(chǎn)的機械廠，大量采用組合機床。因此組合機床及自動線的技術(shù)性能和綜合自動化水平，在很大程度上決定了工業(yè)部門產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu)，也在很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力。 本次畢業(yè)設計題目是4L22柴油機機體頂面精銑床，4L22柴油機機體的生產(chǎn)類型屬于大批大量生產(chǎn)類型。采用組合銑床用端端銑刀進行頂面銑削加工，能夠滿足生產(chǎn)綱領要求和保證加工質(zhì)量。 二、國內(nèi)外同類研究或同類設計的概況綜述(在充分收集研究主題相關(guān)資料的基礎上，分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出問題，找到研究主題的切入點，附主要參考文獻) 世界上第一臺組合機床于1908年在美國問世，30年代后組合機床在世界各國得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程(尤其是箱體零件加工)的關(guān)鍵設備之一。 現(xiàn)代制造工程從各個角度對組合機床提出了愈來愈高的要求，而組合機床也在不斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展。十多年來，組合機床及其自動線在高效、高生產(chǎn)率、柔性化以及采用并行(同步)工程制訂更為合理、更為節(jié)省的方案方面取得了不小的進展。尤其是汽車和拖拉機工業(yè)，為了提高汽車和拖拉機的性能，對零件的加工精度提出了一些新的要求，因此對機床性能的要求也更高了。對于汽車和拖拉機零件的加工精度，現(xiàn)在要求將一些關(guān)鍵零件的主要加工精度只分布在一個比標準公差帶要小的公差范圍內(nèi)。由于采用了新結(jié)構(gòu)、新刀具、新工藝方法、刀具自動補償系統(tǒng)、專用刀具的復合工藝。直接利用軟件進行誤差補償?shù)绒k法，組合機床加工精度正在不斷提高?，F(xiàn)階段在組合機床上加工大平面的平面度已達到lm長上0.02-0.04mm.粗糙度達到Ra 0.4-0.8um;孔經(jīng)精度達到H5-H6；孔的圓度和圓柱度達到0.0015-0.055；定位銷孔的中心距精度達到0.013 mm;一般孔位精度達到0.02-0. 025 mm;單向鏜孔的同軸度達到0.005-0.01mm;雙向鏜孔的同軸度達到015-0.02 mm;一些特種加工工藝的精度，如止口精度可達到0.015-0.02mm.缸蓋閥座及導管孔的同軸度達到0.0075-0.01 mm。為適應高效加工的需要，現(xiàn)代組合機床自動線和自動加工系統(tǒng)的生產(chǎn)節(jié)拍愈來愈短，自動線的節(jié)拍，主要是通過縮短基本時間和輔助時間來實現(xiàn)的?？s短基本時間的主要途徑是采用新的刀具材料和新穎刀具，以提高切削速度和進給速度來縮短基本時間?？s短輔助時間主要是縮短包括工件輸送、加工模塊快速引進以及加工模塊由快進轉(zhuǎn)換為工件后至刀具切入工件所花的時間。為縮短這部分空行程時間，普遍采用提高工件或隨行夾具的輸送速度和加工模塊的快速移動速度?；_的工作循環(huán)時間必須相應縮短。國外有些廠家中等規(guī)格滑臺的工作循環(huán)時間已縮短到5s。其中快速行速度已達15 m/min，而最大工作進給速度由通常的0. 7 m/min提高到1. 2-1. 5 m/min，切入有的已可縮短到0. 25 mm。要提高快進和工作行程速度，需要有高的轉(zhuǎn)換精度，用伺服驅(qū)動滑臺便能滿足要求。 現(xiàn)代組合機床和自動線作為機電一體化產(chǎn)品，它是控制、驅(qū)動、測量、監(jiān)控、刀具、和機械組件等技術(shù)的綜合反映。近些年來，這些技術(shù)有長足進步，同時作為組合機床主要用戶的汽車和內(nèi)燃機等行業(yè)也有很大的變化，其產(chǎn)品市場壽命不斷縮短，品種日益增多且質(zhì)量不斷提高。這些因素有力的推動和激勵了組合機床和自動線技術(shù)的不斷發(fā)展。 在工業(yè)發(fā)達國家的組合機床行業(yè)中組合機床設計已普遍采用CAD工作站，在設計室?guī)缀鹾茈y見到傳統(tǒng)的繪圖板。CAD除應用于繪圖工作外，并在構(gòu)件的剛度分析（有限元法）、組合機床及自動線設計方案比較和選擇，以及方案報價等方面均已得到廣泛應用，從而顯著得提高了設計質(zhì)量和縮短了設計周期。為縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低制造費用和提高產(chǎn)品質(zhì)量世界上許多機械廠都在積極推行精益生產(chǎn)方式其主要內(nèi)容之一是并行工程，既要求產(chǎn)品開發(fā)部門、生產(chǎn)規(guī)劃部門和組合機床制造廠之間進行緊密合作。組合機床廠則需要裝備制造部門早期介入用戶產(chǎn)品的規(guī)劃和設計，在產(chǎn)品設計部門考慮其結(jié)構(gòu)和功能時，能協(xié)同考慮產(chǎn)品的加工和裝配工藝從而加速產(chǎn)品開發(fā)、降低制造費用和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的，從而取得較好的經(jīng)濟效益。 現(xiàn)代，組合機床自動線技術(shù)取得了很大的進步，自動線在加工精度、生產(chǎn)效率、利用率、柔性化和綜合自動化等方面的巨大進步，標志著組合機床自動線技術(shù)發(fā)展達到的高水平。自動線的技術(shù)發(fā)展，刀具、控制和其它相關(guān)技術(shù)的進步以及用戶需求的變化起著重要的推動作用，其中，特別是CNC控制技術(shù)對組合機床自動線結(jié)構(gòu)的變革及其柔性化起著決定性作用。 參考文獻： [1]金振華 組合機床與自動線 北京機械工業(yè)出版社，1990 [2]潘貴善 淺談實現(xiàn)組合機床柔性化的技術(shù)發(fā)展途徑； 組合機床與自動化加工技術(shù)，1992(2): [3]佟璞瑋 伴隨汽車下業(yè)發(fā)展的中國機床工業(yè).世界制造技術(shù)與裝備市場，1999 [4]李如松 組合機床和自動線的技術(shù)發(fā)展；組合機床與自動化加工技術(shù)，1999 [5]于振漢組合機床對提高大批量零部件加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率的作用，1995 [6]徐旭東 現(xiàn)代組合機床技術(shù)及其發(fā)展，中國機械工程 , 1995 第五期 [7]李明 拖拉機行業(yè)組合機床及其生產(chǎn)線的柔性化， 2001 [8]Measuringthe process,not the part.AMERICAN MACHINIST& AutomatedManufacturing, 1988 三、研究方案(研究內(nèi)容、目標、研究方法、技術(shù)路線、擬解決的問題、特色或創(chuàng)新點等) 研究內(nèi)容：根據(jù)4L22柴油機機體圖紙、工件工序圖和零件生產(chǎn)綱領： 1.設計4L22柴油機機體頂面精銑床外觀圖； 2.設計4L22柴油機機體頂面精銑床夾具。 目標：設計組合機床來精銑機體頂面，以滿足高精度和大批量生產(chǎn)等的要求。 研究方法：類比法。 技術(shù)路線：1：采用通用機床。2：采用組合機床。 考慮到通用機床在精度、互換性等方面的局限和組合機床的一些優(yōu)點，決定設計組合機床來精銑機體頂面 解決的問題：設計滿足加工要求和生產(chǎn)綱領要求的精銑床和合理的機床夾具。 四、進程計劃(各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實施進度、完成程度等) 1．搜集資料寫開題報告 7-8周 4.3日—4.16日 2．確定機床外觀圖方案：確定機床的配置和布局、選擇動力部件、規(guī)定各部件尺寸及相互聯(lián)系尺寸。 9、10、11周 4.17日—5.7日 3．繪制機床外觀圖 12周 5.8日—5.14日 4．確定機床夾具總體方案 13周 5.15日—5.21日 5．繪制夾具裝配圖（宗圖） 14周 5.22日—5.28日 6．繪制夾具非標零件圖 15-16周 5.29日—6.10日 7．整理寫畢業(yè)設計論文準備答辯 17-18周 6.11日—6.20日 五、導師評語 指導教師簽字： 200 年 月 日 六、教研室意見 教研室主任簽字： 200 年 月 日 七、學院意見 負責人簽字： 200 年 月 日 4L22柴油機機體頂面精銑床設計 摘要 本文主要介紹了4L22柴油機機體頂面精銑床的設計。研究的主要問題是4L22柴油機機體頂面精銑床外觀圖設計和夾具設計。根據(jù)4L22柴油機機體的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸特點，4L22柴油機機體頂面精銑床外觀圖設計選用了通用部件：銑削頭、機械滑臺等，配以專用的夾具和立柱、側(cè)底座等基礎部件，采用立式布局形式組成一組合銑床；夾具的設計，采用三基面組合定位，采用機動夾緊方式，使用液壓斜楔夾緊裝置完成工件夾緊。該設計方案具有設計制造周期短，生產(chǎn)率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定，工人勞動強度低，產(chǎn)品更新時，組合銑床上的通用部件仍可重新利用組成新的組合機床等優(yōu)點。經(jīng)過分析和精度驗算表明該設計方案能夠滿足4L22柴油機機體生產(chǎn)綱領要求，能夠保證4L22柴油機機體頂面的加工精度和表面質(zhì)量要求。 關(guān)鍵詞：銑削頭；機械滑臺；組合銑床；夾具 Design Fine Milling Machine Tool to Mill the 4L22 Diesel Engine Fuselage Abstract This article mainly introduced the design about the fine milling machine tool ,which was used to mill the top of the 4L22 diesel engine fuselage.It mainly focused on the design is the outward appearance chart and the jig.According to the diesel engine of the fuselage’s structure,shape, size, the design of the outward appearance chart, selected the interchangeable components,which includes the mechanical slip lable and the milling cutter unit, design the special-purpose jig and the basic parts of colum, side foundation to form a vertical complete milling machine tool. In the design of the jig, it used three basic plane combinations localization.Simultaneously,in order to reduces worker’s labor intensity and non-cutting time, using hydraulic pressure to clamp. With hydraulic pressure wedge clamp installment to complete the work piece clamping. This design proposal has many advantages,such as, the cycle of the design and manufacture is short, the cost of the manufacture is low,high productivity, stable processing accuracy, and the interchangeable components still can reuse to form a new complete milling machine tool ,when the product is renewal. Being analysed and precison computed, this milling machine tool can meet the product efficiency , processing accuracy and superficial demand. Key words：Milling cutter unit ; Mechanical slip lable ; Block milling machine tool ; Jig III 目錄 摘要 Abstract. 第一章 緒論1 1.1 選題的背景、目的和意義 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 1 第二章 方案選擇與論證3 2.1 確定方案3 2.2 方案分析和選擇3 第三章 4L22 柴油機機體頂面精銑床外觀圖設計 4 3.1 選取銑刀4 3.2 選取動力部件 4 3.2.1 計算銑削力4 3.2.2 選取 主運動部件銑削頭5 3.2.3 選取進給運動部件機械滑臺6 3.2.4 立柱尺寸確定6 3.2.5 中間底座尺寸確定7 3.2.6 機床的工作循環(huán)7 第四章 夾具設計.8 4.1 確定夾具定位方案，設計定位元 件 8 4.1.1 定位方案的確定 8 4.1.2 定位元件的設計 8 4.1.3 定位誤差的分析和計算 9 4.2 確定夾緊方案，設計夾緊裝置10 4.2.1 夾緊力的確定10 4.2.2 夾緊機構(gòu)的設計13 4.2.3 動力裝置（液壓油缸）的設計 14 4.3 對刀裝置的設計 14 4.4 設計夾具底座14 第五章 結(jié)論16 參考文獻 17 致謝 18 附錄 19 萊陽農(nóng)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第一章緒論 1.1選題的背景、目的和意義 4L22柴油機是山東華源萊動自行研制開發(fā)的新產(chǎn)品，4L22柴油機機體采用的是干缸套，對機體頂面的加工精度要求，特別是平面度要求較高。機體頂面的加工精度直接影響缸孔和缸孔止口的加工精度，隨著數(shù)控機床和加工中心的發(fā)展和應用越來越廣泛，在生產(chǎn)線上組合機床、通用機床的應用雖然受到一定的影響，但在實際生產(chǎn)中，箱體類零件平面的加工多數(shù)采用端銑刀在專用組合銑床或通用銑床進行銑削加工。組合機床是以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件，對一種或多種工件按預先確定的工序進行加工的高效專用機床，具有生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定，工人勞動強度低，設計、制造周期短，加工對象改變時，原有的通用零、部件可以重新利用，組成新的組合機床等特點，目前仍是箱體類零件大批大量生產(chǎn)的主要設備。 目前所采用的金屬切削機床主要是自動線（60%）、組合機床（20%）和加工中心（20%）。顯然，在大批大量生產(chǎn)的機械廠，大量采用組合機床。因此組合機床及自動線的技術(shù)性能和綜合自動化水平，在很大程度上決定了工業(yè)部門產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu)，也在很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力。因此設計組合銑床來精銑4L22機體頂面具有十分重要的意義。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 現(xiàn)代制造工程從各個角度對組合機床提出了愈來愈高的要求，而組合機床也在不斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展。十多年來，組合機床及其自動線在高效、高生產(chǎn)率、柔性化以及采用并行(同步)工程制訂更為合理、更為節(jié)省的方案方面取得了不小的進展。尤其是汽車和拖拉機工業(yè)，為了提高汽車和拖拉機的性能，對零件的加工精度提出了一些新的要求，因此對機床性能的要求也更高了。對于汽車和拖拉機零件的加工精度，現(xiàn)在要求將一些關(guān)鍵零件的主要加工精度只分布在一個比標準公差帶要小的公差范圍內(nèi)。由于采用了新結(jié)構(gòu)、新刀具、新工藝方法、刀具自動補償系統(tǒng)、專用刀具的復合工藝。直接利用軟件進行誤差補償?shù)绒k法，組合機床加工精度正在不斷提高?，F(xiàn)階段在組合機床上加工大平面的平面度已達到lm長上0.02-0.04mm.粗糙度達到Ra 0.4-0.8um；孔經(jīng)精度達到H5-H6；孔的圓度和圓柱度達到0.0015-0.055；定位銷孔的中心距精度達到0.013mm；一般孔位精度達到0.02-0.025mm；單向鏜孔的同軸度達0.005-0.01mm；雙向鏜孔的同軸度達到015-0.02mm；一些特種加工工藝的精度，如止口精度可達到0.015-0.02mm.缸蓋閥座及導管孔的同軸度達到0.0075-0.01mm。[1]為適應高效加工的需要，現(xiàn)代組合機床自動線和自動加工系統(tǒng)的生產(chǎn)節(jié)拍愈來愈短，自動線的節(jié)拍，主要是通過縮短基本時間和輔助時間來實現(xiàn)的?？s短基本時間的主要途徑是采用新的刀具材料和新穎刀具，以提高切削速度和進給速度來縮短基本時間?？s短輔助時間主要是縮短包括工件輸送、加工模塊快速引進以及加工模塊由快進轉(zhuǎn)換為工件后至刀具切入工件所花的時間。為縮短這部分空行程時間，普遍采用提高工件或隨行夾具的輸送速度和加工模塊的快速移動速度。滑臺的工作循環(huán)時間必須相應縮短。國外有些廠家中等規(guī)格滑臺的工作循環(huán)時間已縮短到5s。其中快速行速度已達15m/min，而最大工作進給速度由通常的0.7m/min提高到1.2-1.5m/min，切入有的已可縮短到0.25mm。要提高快進和工作行程速度，需要有高的轉(zhuǎn)換精度，用伺服驅(qū)動滑臺便能滿足要求。 現(xiàn)代組合機床和自動線作為機電一體化產(chǎn)品，它是控制、驅(qū)動、測量、監(jiān)控、刀具、和機械組件等技術(shù)的綜合反映。近些年來，這些技術(shù)有長足進步，同時作為組合機床主要用戶的汽車和內(nèi)燃機等行業(yè)也有很大的變化，其產(chǎn)品市場壽命不斷縮短，品種日益增多且質(zhì)量不斷提高。這些因素有力的推動和激勵了組合機床和自動線技術(shù)的不斷發(fā)展。 在工業(yè)發(fā)達國家的組合機床行業(yè)中組合機床設計已普遍采用CAD工作站，在設計室?guī)缀鹾茈y見到傳統(tǒng)的繪圖板。CAD除應用于繪圖工作外，并在構(gòu)件的剛度分析（有限元法）、組合機床及自動線設計方案比較和選擇，以及方案報價等方面均已得到廣泛應用，從而顯著得提高了設計質(zhì)量和縮短了設計周期。為縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低制造費用和提高產(chǎn)品質(zhì)量世界上許多機械廠都在積極推行精益生產(chǎn)方式其主要內(nèi)容之一是并行工程，既要求產(chǎn)品開發(fā)部門、生產(chǎn)規(guī)劃部門和組合機床制造廠之間進行緊密合作。組合機床廠則需要裝備制造部門早期介入用戶產(chǎn)品的規(guī)劃和設計，在產(chǎn)品設計部門考慮其結(jié)構(gòu)和功能時，能協(xié)同考慮產(chǎn)品的加工和裝配工藝從而加速產(chǎn)品開發(fā)、降低制造費用和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的，從而取得較好的經(jīng)濟效益。[2] 現(xiàn)代，組合機床自動線技術(shù)取得了很大的進步，自動線在加工精度、生產(chǎn)效率、利用率、柔性化和綜合自動化等方面的巨大進步，標志著組合機床自動線技術(shù)發(fā)展達到的高水平。自動線的技術(shù)發(fā)展，刀具、控制和其它相關(guān)技術(shù)的進步以及用戶需求的變化起著重要的推動作用，其中，特別是CNC控制技術(shù)對組合機床自動線結(jié)構(gòu)的變革及其柔性化起著決定性作用。 第二章 方案選擇與論證 2.1確定方案 4L22柴油機機機體頂面的銑削加工可采用如下方案： 方案1、選用通用的立式升降臺銑床、設計專用夾具精銑4L22柴油機機機體頂面； 方案2、設計組合銑床和專用夾具精銑4L22柴油機機機體頂面； 方案3、選用鏜銑加工中心、設計專用夾具精銑4L22柴油機機機體頂面。 2.2方案分析和選擇 方案1，選用通用的立式升降臺銑床，工藝范圍廣、通用性強，但它的生產(chǎn)率低、工人勞動強度大，同時它的剛度、強度不高，所以加工精度低； 方案2，設計組合銑床，組合銑床是已經(jīng)系列化、標準化的通用部件和少量專用部件組成的一種高效專用機床。它的生產(chǎn)率比通用機床高幾倍至幾十倍，它的加工精度穩(wěn)定，自動化程度高，工人勞動強度低，同時因為結(jié)構(gòu)模塊化、組合化可按工件或工序要求，用大量通用部件或少量專用部件靈活組成各種類型的組合機床及自動線，配置靈活，機床易于改裝，產(chǎn)品或工藝變化時通用部件可重復利用。在大批大量生產(chǎn)中，設計組合銑床精銑4L22柴油機機機體頂面是理想的方案。 方案3，選用鏜銑加工中心，具有適應產(chǎn)品更換能力強、加工精度高等優(yōu)點，但它的造價昂貴、機床生產(chǎn)率有時不如組合銑床。 4L22柴油機機機體的生產(chǎn)綱領是大批生產(chǎn)類型，頂面的加工精度要求高。通過上面的分析，為滿足生產(chǎn)綱領，同時在滿足加工精度的要求上盡量降低生產(chǎn)成本，決定采用方案2設計組合銑床來精銑4L22柴油機機體頂面。 第三章 4L22柴油機機體頂面精銑床外觀圖設計 對4L22柴油機機體進行工藝分析： 根據(jù)工件工序卡片和4L22柴油機機體圖紙，機體頂面進行精加工前，機體的兩端面、兩側(cè)面已加工完畢長度為4300.15mm，寬度為254mm；機體底面和底面兩個定位銷孔已加工完畢，半精銑頂面保持的高度為314.20.10mm，精銑頂面之后機體高度為313.20.10mm，加工余量為1mm。背吃刀量=1mm，機體頂面的寬度為155mm。 根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸特點及加工要求，4L22柴油機機體頂面精銑床外觀圖采用立式布局形式，該布局形式有利于簡化夾具的的定位、夾緊機構(gòu)，夾緊也比較省力?？紤]到該機床是大批大量生產(chǎn)，設計組合銑床來加工機體頂面。銑削頭、滑臺分別是實現(xiàn)主運動和進給運動的，為縮短設計制造周期，同時為提高銑床適用產(chǎn)品更新?lián)Q代的能力,決定采用標準的通用部件。立柱、側(cè)底座為組合銑床的基礎部件，為了降低生產(chǎn)成本，在滿足加工要求的條件上，決定參照標準立柱、側(cè)底座部件自行設計。 3.1選取銑刀 根據(jù)4L22機體加工部位的形狀和加工精度的要求，選用硬質(zhì)合金彈性夾固細齒可轉(zhuǎn)位面銑刀，材料為YG6。該刀具依靠微調(diào)裝置來解決端跳精度，所以能夠確保機體頂面的加工質(zhì)量。查《機械工藝師手冊》[3]，硬質(zhì)合金銑刀參數(shù)的選?。恒姷吨睆絛=（1.1-1.6），銑刀直徑應采用公比為1.25的標準系列即d=50、63、80、100、125、160、200、250…mm.根據(jù)4L22機體頂面寬度= 155mm，選取銑刀直徑200mm,Z=16。 3.2選取動力部件 3.2.1計算銑削力 查《機械工程手冊》[4]表46 .4-8 組合機床用硬質(zhì)合金端銑刀的銑削用量，工件材料為灰鑄鐵HT250時：精加工= 0.05-0.2mm/z，切削速度為= 80-130m/min。選取= 0.15mm/z，切削速度 = 120m/min； 確定主軸轉(zhuǎn)速： 取200r/min， 所以實際切削速度為：= 查《機械工程手冊》[4]表46.4-9 硬質(zhì)合金端銑刀的銑削功率公式: 銑削深度（mm）。 每齒進給量（mm/z）。 銑削寬度（mm）。 銑刀齒數(shù) 銑刀轉(zhuǎn)速（r/min）。 查表46.4-10硬質(zhì)合金銑刀銑削功率的修整系數(shù)：， 所以 根據(jù)得圓周銑削力： 查《機械工程手冊》[4]表46.4-14 當采用對稱銑時： 取0.4，得進給力： 3.2.2選取主運動部件—銑削頭 銑削頭是實現(xiàn)主運動的，一般有皮帶傳動裝置和齒輪傳動裝置的銑削頭。由于銑削是斷續(xù)切削，而且在一定銑削寬度上同時銑削的刀齒數(shù)是變化的，因而會引起振動，因此在銑削頭的結(jié)構(gòu)上必須使主軸和主軸箱體具有足夠的剛性，并要適當提高傳動系統(tǒng)的傳動平穩(wěn)性?？紤]到上述原因決定采用齒輪傳動裝置的銑削頭。根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速、刀盤直徑。查《大連專用機床廠》[5]通用部件樣本選取型號為1TX40的銑削頭，傳動裝置型號為1NGb40（齒輪傳動裝置），功率為7.5kw。 驗證功率： =0.75-0.85，為保證選取的電動機功率能夠滿足所需的切削功率，選取最小值，取=0.75， 所以能夠滿足銑削功率的要求。 3.2.3選取進給運動部件—機械滑臺 組合機床動力滑臺是實現(xiàn)進給運動的通用部件，選用合適的動力滑臺關(guān)系到組合機床整機的性能和經(jīng)濟性，選用時往往根據(jù)主動力部件的大?。辞邢髁瓦M給力）選用，一般選用較主動力部件同規(guī)格或大一號規(guī)格，精加工機床選用精密滑臺。根據(jù)驅(qū)動方式不同可分為液壓滑臺、機械滑臺和專用的機械銑削滑臺。由于本工序是精加工，加工余量不大，銑削力小，采用一般的液壓滑臺和機械滑臺即可滿足加工要求，所以從減少生產(chǎn)成本方面考慮決定不采用專用的銑削滑臺。液壓滑臺和機械滑臺由于這兩種滑臺采用了不同的傳動裝置，因而在性能、使用及維修等方面都有自己的特點，而機械滑臺較液壓滑臺具有進給量穩(wěn)定，慢速無爬行、高速無振動，可降低加工工件的表面粗糙度值，具有較好的抗沖擊能力，不會因沖擊而損壞刀具的運行等優(yōu)點。此外考慮到生產(chǎn)成本等因素，決定采用機械滑臺。 根據(jù)進給力、加工零件的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸以及工作行程，查《大連專用機床廠》[5]通用部件樣本選取型號為1HJ50M的機械滑臺。 該滑臺的最大行程為1000mm，臺面寬500mm,臺面長1000mm,最大進給力為 能夠滿足精銑4L22柴油機機體頂面加工要求。 3.2.4立柱尺寸確定 立柱是機床的支承部件，可以選擇標準立柱，也可以自行設計非標準立柱。標準立柱主要是與動力滑臺配套使用的，它的成本比較高，由于銑削加工的功能比較單一，不需要配重和其它要求，因此決定設計非標準的立柱。參考標準立柱1CL50的聯(lián)系尺寸確定立柱的具體尺寸，見附件1：4L22柴油機機體頂面精銑床外觀圖。 3.2.5中間底座尺寸確定 為了與選用的機械滑臺配套使用，根據(jù)滑臺的外觀尺寸、工作行程，參考標準側(cè)底座1CC50M的聯(lián)系尺寸確定中間底座的具體尺寸，見附件1：4L22柴油機機體頂面精銑床外觀圖。 3.2.6機床的工作循環(huán) 上料——工件夾緊——主軸啟動——機械滑臺快進——機械滑臺工進——主軸停止——機械滑臺快退——工件松開——下料。 第四章 夾具設計 4.1確定夾具定位方案，設計定位裝置 4.1.1定位方案的確定 工件在機床上加工時，為保證加工精度和提高勞動生產(chǎn)率，必須使工件在機床上相對刀具占用正確的位置，即定位。 該工序加工要求為機體頂?shù)酌娓叨葹?13.20.10mm及頂面對底面平行度要求，根據(jù)六點定位原理，滿足該工序加工要求，需要限制繞X軸、繞Y軸、Z向三個自由度，如圖4-1所示： 圖4-1 本工序加工前底面和底面的定位銷孔已加工完畢，因此可采用“一面二孔”組合定位，但考慮到“一面二孔”組合定位結(jié)構(gòu)復雜，。為了簡化夾具結(jié)構(gòu)，同時因為機體的兩端面、兩側(cè)面已加工完畢所以決定采用三基面組合定位。以機體底面為第一定位基準，限制工件三個自由度；以后側(cè)面為第二定位基準，限制工件的兩個自由度；左端面為第三定位基準，限制工件一個自由度，保證機體能夠準確的定位。 4.1.2定位元件的設計 定位元件在夾具中的布置：一方面要符合六點定位原理，另一方面為保證工件的定位穩(wěn)定性，要使支承點之間的距離盡量取大。這樣可使工件的重力和切削力的作用點都落在支承點聯(lián)線所組成的平面內(nèi)。 在大多數(shù)情況下，工件的一個平面，在夾具中不是支撐在三個點上，而是支承在四個或更多一些的支承點上，這樣可以提高“機床-夾具-刀具-工件”工藝系統(tǒng)的剛性，避免夾緊力和切削力超出支承點，引起工件的彈性變形，影響加工精度。所以在底面采用兩塊長條定位板來實現(xiàn)三點定位，如圖4-2所示： 圖4-2 該結(jié)構(gòu)清屑容易，結(jié)構(gòu)緊湊。 后側(cè)面采用兩塊短定位板，限制工件的兩個自由度。 左端面采用一塊長條定位板，限制工件的一個自由度。 定位元件裝入夾具體后，為使各支承面在一個水平面內(nèi)，用于同一定位基面的定位板應再進行修磨，保證等高要求[6]。 4.1.3定位誤差的分析和計算 對一批工件來說，刀具經(jīng)調(diào)整后位置是不動的，即被加工表面的位置相對于定位基準是不變的，所以定位誤差就是工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量。 對工序尺寸L的進行定位誤差計算和分析： 加工機體頂面時，尺寸L的工序基準和定位基準均是機體的底面，基準重合，所以基準不重合誤差：； 由于機體底面是已經(jīng)加工過的表面，忽略平面度誤差，所以基準位置誤差 所以工序尺寸L定位誤差： 通過上面分析，該定位方案能滿足工序尺寸313.2 0.10mm的要求。 對平行度進行定位誤差分析： 加工機體頂面時，平行度的工序基準和定位基準均是機體底面，基準重合，所以基準不重合誤差: 由于機體底面是已經(jīng)加工過的表面，忽略平面度誤差，所以基準位置誤差 所以頂面對底面的平行度的定位誤差為： 通過上面分析計算，該定位方案不會因為定位產(chǎn)生定位誤差，定位精度非常高，所以能滿足尺寸L、平行度的加工要求。 4.2確定夾緊方案，設計夾緊裝置 工件在夾具中的夾緊，將工件定位后的位置固定下來，保持工件在定位中獲得的正確位置，使其在夾緊力、切削力等外力作用下，不發(fā)生移動和振動。夾緊裝置的設計和選用是否正確合理，將直接影響工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，因此對夾緊裝置提出以下要求：確能保證工件定位后占據(jù)的正確位置，有助于定位，不應破壞定位；夾緊力的大小要適當、穩(wěn)定，既要保證工件在整個加工過程中的位置穩(wěn)定不變，振動小，又要使工件不產(chǎn)生過大的夾緊變形，夾緊力穩(wěn)定可減少夾緊誤差；夾緊裝置的復雜程度與生產(chǎn)類型相適應；工藝性好，使用性好，其結(jié)構(gòu)應盡量簡單，便于制造和維修，盡可能使用標準夾具零部件，操作方便、安全、省力。 4.2.1夾緊力的確定 設計夾具的夾緊機構(gòu)時,所需夾緊力的確定包括夾緊力的作用點、夾緊力的方向、夾緊力的大小三方面內(nèi)容。 確定夾緊力方向： 確定夾緊力的方向時，應使夾緊力的方向有利于工件的準確定位，而不能破壞定位，一般要求主夾緊力應垂直于第一定位基準面，此外夾緊力的方向應方便裝夾和有利于減小夾緊力。該工序是以機體底面為第一定位基準，所以決定選擇垂直于第一基準面往下的夾緊力。 確定夾緊力的作用點： 夾緊力的方向確定后，夾緊力的作用點的位置和數(shù)目的選擇將直接影響到工件定位后的可靠性和夾緊后的變形。夾緊力的作用點應與支承點“點對點”對應，或在支承點確定的區(qū)域內(nèi)，以免破壞定位或造成較大的夾緊變形，同時應位于工件剛性高的方向和部位。根據(jù)以上條件和機體的結(jié)構(gòu)特點選擇夾緊力的作用點位置位于兩長條支承板的正上方壓在機體的加強筋和凸臺上等剛性高的部位。為了減小夾緊變形，決定選取4個作用點，讓夾緊力分散作用，如圖4-3所示： 圖4-3 計算夾緊力： 在加工過程中，工件受到切削力、離心力、慣性力及重力等的作用。理論上，夾緊力的作用應與上述的力的作用平衡；而實際上，夾緊力的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機構(gòu)的傳遞效率等有關(guān)。而且切削力在加工過程中是變化的，因此夾緊力的計算是個很復雜的問題，只能進行粗略的估算。估算時，應找出對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，估算此狀態(tài)下所需要的夾緊力，并考慮主要因素在力系中的影響，略去次要因素在力系中的影響[7] 。 對機體進行受力分析，如4-4圖示： 圖4-4 1、抵消進給力所需的夾緊力： 設實際夾緊力為F。 根據(jù)已知：4L22機體的質(zhì)量： m = 70kg 則G = mg = 709.8 = 686N = 由受力分析得： 列平衡方程式： （+ ）f = 查夾具設計2-13附表，當定位支承表面為光滑表面時，摩擦系數(shù)f = 0.2 = F = K 精加工時，安全系數(shù): K = 1.5-2，取K = 2， 則所需夾緊力為： F = K= 2= 5540N 2、抵消主銑削力所需的夾緊力： 列平衡方程式： [] = 1725 () 整理 0.43= 715+686 () 由該式可看出當= 0.215時是對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)所需的夾緊力最大。 所以當=0.215時 所以所需實際夾緊力為： F == 4010N 精加工時安全系數(shù)： K = 1.5-2，取K = 2， 所以夾緊力為： F = KF = 8020N 同理，當時，對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)為=0.215，此時所需的夾緊力最大。 所以，所需總的夾緊力為： W = 8020+5540 = 13560 N 單側(cè)壓板的夾緊力為： = = 6780N 對壓板進行受力分析，如圖4-5所示： 圖4-5 由受力平衡得： 6780215 =185 所以= 8704N 4.2.2夾緊機構(gòu)的設計： 楔鐵夾緊機構(gòu)是組合機床夾具常用的一種增力機構(gòu)，由于其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠和調(diào)整方便，在組合機床夾具中得到廣泛應用。為保證工作可靠，減少所需液壓缸的推力， 降低生產(chǎn)成本，決定采用楔鐵夾緊機構(gòu)，采用液壓驅(qū)動方式。考慮到本工序是精加工，所需的夾緊力不大，在結(jié)構(gòu)尺寸上為與液壓缸配套使用，查《組合機床及其調(diào)整與使用》[8]決定采用1T0232楔鐵圓柱部分直徑為60mm標準的楔鐵夾緊機構(gòu)。該機構(gòu)楔鐵的楔角=，楔鐵工作行程50mm，夾緊范圍1-10mm，增力比（傳遞力放大倍數(shù)）為1.8。 4.2.3 動力裝置（液壓油缸）的設計 為使夾具的結(jié)構(gòu)緊湊，決定自行設計液壓油缸。根據(jù)經(jīng)驗，選液壓油缸的直徑為80mm ,活塞桿的直徑為40mm，大腔的工作面積為50，小腔的工作面積37.7。 活塞桿所需的推力： Q = = 4835N 現(xiàn)在工廠所用的液壓油液的壓力一般為：1.25-5Mpa[10]，因為該工序是精加工，夾緊力不大所以決定取1.25 Mpa 計算油缸的工作壓力： 由公式得 大于所需的活塞桿推力， 所以能夠滿足加工的需要。 4.3對刀裝置的設計 夾具安裝在機床工作臺上，需要確定刀具相對夾具定位元件的位置，因此需設計對刀裝置。對刀塊可以自行設計，或選用標準對刀裝置。在大批大量生產(chǎn)中，為了簡化夾具結(jié)構(gòu)，常采用標準工件對刀或試切法對刀，第一件對刀后，后續(xù)工件就不在對刀，此時可以不設計對刀裝置。該設計采用的組合銑床是大批量生產(chǎn)類型，同時考慮到工件的結(jié)構(gòu)尺寸決定采用標準工件進行對刀，對刀后，后續(xù)工件就不在對刀[9]。 4.4設計夾具底座： 夾具底座有焊接鋼板的、鑄鐵的等[8]，考慮到鑄鐵的抗壓強度高、減震性能好、成本低等優(yōu)點，同時在鑄造夾具底座時可設置加強筋，增加夾具體的剛度和強度。所以決定采用鑄鐵夾具底座，具體尺寸見附件3：4L22柴油機機體頂面精銑床夾具圖紙。 第五章 結(jié)論 本文主要介紹了4L22柴油機機體頂面精銑床的設計。研究的主要問題是4L22柴油機機體頂面精銑床外觀圖設計和夾具設計。根據(jù)4L22柴油機機體的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸特點，4L22柴油機機體頂面精銑床外觀圖設計選用了通用部件：銑削頭、機械滑臺等，配以專用的夾具和立柱、側(cè)底座等基礎部件，采用立式布局形式組成一組合銑床；夾具的設計，采用三基面組合定位，采用機動夾緊方式，使用液壓斜楔夾緊裝置完成工件夾緊。該設計方案的具有設計制造周期短，生產(chǎn)率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定，工人勞動強度低，產(chǎn)品更新時，組合銑床上的通用部件仍可重新利用組成新的組合機床等優(yōu)點。經(jīng)過分析和精度驗算表明該設計方案能夠滿足4L22柴油機機體生產(chǎn)綱領要求，能夠保證4L22柴油機機體頂面的加工精度和表面質(zhì)量要求。 本次設計的4L22柴油機機體頂面精銑床，并沒有實現(xiàn)完全的自動化。上料、下料需要人工完成，夾緊時，還需人工將壓板送入送出，加重了工人的勞動強度，增加了輔助時間，使生產(chǎn)率的提高受到一定的影響，操作誤差在一定程度上影響了產(chǎn)品的加工精度。隨著現(xiàn)代機械制造工業(yè)的發(fā)展，實現(xiàn)高生產(chǎn)率、高質(zhì)量、高柔性是當前組合機床發(fā)展的一必然趨勢。建議在以后的設計中，能著重從減輕工人的勞動強度，提高生產(chǎn)率和提高加工質(zhì)量方面考慮，可以選用數(shù)控滑臺、數(shù)控銑削頭等通用部件組成數(shù)控組合銑床，設計自動上下料裝置，實現(xiàn)機床的完全自動化，進一步提高生產(chǎn)效率和加工精度。 參考文獻 [1] 金振華. 組合機床與自動線 . 機械工業(yè)出版社， 1990 [2] 徐旭東. 現(xiàn)代組合機床技術(shù)及其發(fā)展 中國機械工程 1995 第五期 [3] 徐灝. 機械工藝師手冊 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