D180柴油機12孔攻絲機床及夾具設計
D180柴油機12孔攻絲機床及夾具設計,d180,柴油機,12,十二,孔攻絲,機床,夾具,設計
南京林業(yè)大學畢業(yè)設計說明書
前言
一畢業(yè)設計目的及意義：
一般的單一機床是適合小批量的生產工人多效率低，現在比較流行的數控機床雖然技術含量比較高，使得工人的勞動強度大大地降低，多個工序可以在一臺機床上完成，但它也只適合小批量的生產。我現在研究的組合機床就是適合大批量大量生產，它加工工序單一，操作簡單，效率高。這正是我研究組合機床的必要性之所在。
此次設計的目的是使學生在通過了基礎課、專業(yè)基礎課和專業(yè)課的教學過程后進行一次大型的機械設備設計訓練，促使學生綜合運用所學專業(yè)知識進行機械設計；查閱各種有關資料、進行必要的調查研究和分析;熟悉組合機床的組成部分及正確設計；通過組合機床的設計，熟練進行中等難度機械結構的設計，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，使學生在畢業(yè)后能盡快適應所擔負的工程技術工作，為祖國多做貢獻。
二畢業(yè)設計內容
此次設計的內容包括：組合機床“三圖一卡”設計；主軸箱設計；夾具設計；重要零件設計；編制設計說明書。
在設計中要完成以下工作：
1． 繪制零件加工工序圖
組合機床是專門用來完成某工件加工工序的專用設備。學生首先應熟悉和分析該零件的整個工藝過程，了解該零件在該工序前已加工完的內容和本工序的加工任務，確定在本工序中的定位基準和夾緊位置，加工根據工序圖的規(guī)定畫法繪制工序圖。
2． 繪制加工示意圖，估算生產率
在根據本工序加工要求選擇好合適的刀具、切削用量，計算好切削扭矩、切削功率和軸向力后，即可選擇合適的主軸型式和規(guī)格，以及刀具與主軸間的各聯接件和刀具的導向件，確定工件的加工表面、刀具聯接件與機床主軸間的相互關系，從而畫出加工示意圖。本設計中加工示意圖可代刀具布置圖，所以圖示結構應盡量表示清楚。
根據工件加工表面尺寸和切削用量可計算出加工的基本時間，加上查表或估算的其他時間可計算工序時間定額、機床生產率和全年負荷率。
3． 繪制機床聯系尺寸圖
根據加工示意圖的內容計算刀具切削時的軸向力、切削扭矩
切削功率，確定進刀、退刀行程，再根據工序圖所示加工零件時的實際需要可確定機床動力部件的型式和規(guī)格，再選擇與之相配套的其他部件，即可繪制機床聯系尺寸圖。
機床聯系尺寸圖在本設計中代機床總圖，圖示機床各部件結構形狀不可過于簡化 應能表示出其結構特征。
在繪制機床聯系尺寸圖時，機床的某些專用部件尚未設計好（如主軸箱和夾具），所以只能預留其位置，應在這些部件完成設計后補上，若與機床聯系尺寸圖有矛盾，則應修改后者，以至能反映機床實況。
4． 繪制專用部件圖
組合機床機械部分由通用部件和專用部件構成，通用部件只需選用，而專用部件需要專門設計，本設計中要求設計的專用部件是主軸箱和夾具部件。專用部件設計時應設想多種方案，然后分析比較它們的優(yōu)缺點，最后選擇一個最佳方案。
學生通過機床聯系尺寸圖和專用部件圖的設計應能達到對整臺機床及部件的結構原理比較熟悉，并有一定的裝配和調整方面的知識。
5． 繪制重要零件工作圖
重要零件主要指作用重要、結構復雜、技術要求較多的零件，本設計中主要指夾具體或主軸箱箱體等鑄件。我需要繪制主軸箱體補充加工圖。它主要表明了主軸箱體在鑄造出來以后為了滿足裝配而需要在其上進行哪些加工。通過繪制重要零件，我對零件結構工藝性的改善及技術要求的標注方面的知識又有了進一步的提高。
6.畢業(yè)設計說明書
我將在研究、設計過程中及時紀錄的有關數據及資料進行最后的整理，編寫成設計說明書。其內容包括畢業(yè)設計任務、各種方案示意圖及比較分析，必要的計算和最終結論，設計工作完成的心得體會和建議等。
畢業(yè)設計工作量要求： 設計圖紙 折合0#圖紙4張以上
設計說明書 16開紙30頁以上，
用A4紙打印、正文宋體小四號字
說明書格式：1.設計說明書（包括題目、摘要、關鍵字、字數300-500英文翻譯）
2.目錄
3.正文 詳細敘述涉及主要過程
（包括總體方案、各部分具體設計計算過程和設計結果）
4.總結
5.參考文獻
三．畢業(yè)設計工作進度安排
本次畢業(yè)設計全過程從第一周到第16周，共16周。（2月28日——6月19日）
首先了解任務書的內容和要求；其次找到設計過程中的所需的參考書，并掌握相關的知識；第三，參觀工廠了解組合機床的具體結構以及其夾具的結構形式；第四，根據圖紙畫出“三圖一卡”，經老師指導后修改更正，直到沒有問題，第五，完成畢業(yè)設計和論文，準備答辯。具體安排如下：
第1—3周 開題報告，熟悉資料，準備繪圖工具及圖紙，并進行調查研究
第4—6周 繪制工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸圖，計算生產率
第7—10周 主軸箱部件圖設計
第11至14 周上半周 夾具部件圖設計，完善機床聯系尺寸圖
第14周下半周至15周 重要零件的零件工作圖設計，并整理設計說明書
第16周 編寫設計說明書并準備答辯
四． 畢業(yè)設計總任務
1） 題目名稱
D180柴油機機體12孔攻絲機床及夾具設計
2） 題目內容及要求：
完成設計一臺攻絲機床。完成對柴油機機體12個孔攻絲。年生產綱領5萬太以上。
加工對象：D180柴油機機體。12個孔的具體要求見圖紙。
3） 實驗數據及要求：
零件加工工序圖1張，加工示意圖1張，機床聯系尺寸圖1張，主軸箱裝配圖1張，夾具裝配總圖1張，夾具重要零件圖1張。
第1章 組合機床總體設計
1.1攻螺紋組合機床常用的通用部件及選用
1.1通用部件的選用原則
通用部件的選用是組合機床設計的主要內容之一。選用的方法是:根據所需的功率、進給力、進給速度等要求,選用動力部件及其配套部件。
選用原則是:
1) 切削功率應滿足加工所需的計算功率(包括切削所需功率、空轉功率、傳動功率)。
2) 進給部件應滿足加工所需的最大計算進給力、工作行程和工作循環(huán)的要求。
3) 動力箱與多主軸箱尺寸相適應和匹配。
4) 應滿足加工精度的要求。
5) 盡可能按通用部件的配套關系選用有關的通用部件。
1.2攻螺紋組合機床常用的通用部件及其選用
1.2.1 動力滑臺
動力滑臺是由滑座滑鞍和驅動裝置組成實現直線進給運動的動力部件。根據被加工零件即D180N柴油機箱體的工藝要求:底面12-M6攻絲,孔深16mm螺紋深14mm,在滑鞍上安裝動力箱,動力箱帶動主軸箱完成攻絲工序。
動力滑臺根據驅動和控制方式的不同可分為液壓滑臺機械滑臺和數控滑臺三種類型。根據需要選用液壓動力滑臺,型號為1HY040-IA，臺面寬400mm，長800mm，行程長400mm，滑臺及滑座總高320mm其特點是:采用雙矩形導軌結構形式,導向的長度大,導向性好；滑座體為箱形框架結構,滑座底面中間增加了結合面,結構剛度高，導軌壽命長。
1.2.2 攻絲卡頭及攻絲靠模裝置
1. 攻絲卡頭
攻絲卡頭用于連接絲錐和攻絲主軸,保證絲錐與被加工的螺紋底孔自動對中,并保證絲錐順利地引進；補償絲錐每分鐘引進量與攻絲主軸每分鐘進給量之差值。
2. 攻絲靠模裝置
攻絲裝置的進給運動直接由靠模螺桿靠模螺母得到。其優(yōu)點是:靠模經磨制可以得到較準確的螺距,而且靠模桿帶動絲錐進給比較輕,其中攻絲接桿可以補償靠模系統(tǒng)與絲錐自行引進的進給差,攻絲時可以得到較高的精度。
(1) 通用的TO281型攻絲靠模裝置
這種攻絲靠模裝置通常由攻絲靠模和攻絲卡頭配合組成攻絲裝置。這種裝置易于調整,只要松開壓板,便可方便的將絲錐取出,且在變動被加工螺孔時,易裝卸調換，只是整個結構軸向尺寸較大。
(2) 通用的TO282攻絲靠模裝置
這種攻絲靠模裝置軸向尺寸較小,主要用于活動攻絲模板和鉆攻復合模板。
考慮以上因素,選用通用的TO281型攻絲靠模裝置。
3. 攻絲靠模實現的方式
攻絲靠模實現的方式有兩種:
(1) 把攻絲靠模直接裝在主軸箱內,組成用于整臺機床全部是攻絲工序的攻絲裝置,它的特點是剛性好,結構簡單,但調整更換絲錐不方便。
(2) 另一種是攻絲模板,將靠模裝置裝在模板上,模板用固定在主軸箱上的導桿導向。這種方法結構復雜,剛度亦差。
考慮到以上因素,在設計中采用了前一種方法。
1.2.3 主運動驅動裝置----動力箱
動力箱是將電機的動力傳遞給多主軸箱,它與多主軸箱配套使用。
1TD系列動力箱的性能參考<<組合機床設計簡明手冊>>表5-38、表5-39。
1.2.4. 支承部件
組合機床的支承部件往往是通用和專用兩部分的組合。本設計中臥式機床的床身是由通用的側底座和專用的中間底座組合而成,此種結構的優(yōu)點是加工和裝配工藝性好,安裝和運輸較方便。
(1) 中間底座其頂面安裝夾具,側面與側底座相連接,并通過端面定位銷定位。
中間底座其結構尺寸需根據工件的大小形狀等來確定。 中間底座其一般按專用部件進行設計,但為了不致使組合機床的輪廓尺寸過分繁多,中間底座的主要尺寸應符合如下的國家標準規(guī)定：
中間底座長
中間底座寬
800
500
560
630
710
800
900
1000
__
__
630
710
800
900
1000
1250
__
__
__
710
800
900
1000
>1250
__
__
__
710
800
900
1000
注:1.高度630mm為優(yōu)先采用值,可根據具體情況采用560 mm和710mm；
2.當中間底座長度>1250mm時,可從優(yōu)先數系R10GB321—64中選用。
因此根據組合機床的聯系尺寸，選中間底座的長為800，寬為800，高為350.5
(2)側底座(1CC系列)
側底座的長度應于滑臺相適應，選用1CC401型號，它的高度有560\630mm兩種，采用560mm，寬度600mm，長度1350。
1.2.5 計算切削功率并選用動力箱
其中 T:主軸切削扭矩；D:螺紋大徑,D=6mm；p: 螺紋螺距,p=1mm；
P: 主軸切削功率(Kw)； v:切削速度()按推薦,加工材料為鑄鐵時 v=4 ~8，已經取v= 5.65
計算得: T=2.396
P=(2.4×5.65)/(9.740×3.14×6)=0.0739 Kw
此時,各主軸的轉速按下面的公式計算:
= = =300r/min
12根軸的切削功率為:
=P×12=0.0739×12=0.89Kw
主軸箱所需要的功率,應等于切削功率空載消耗功率及與負載成正比的功率損失之和,即:
= + +
: 主軸箱總功率；
: 各主軸切削功率總和， ==0.89 Kw；
: 各軸空載消耗功率的總和，根據<<組合機床設計>>頁軸的空轉功率表格,可計算出 =0.210 Kw；
: 各軸損失功率的總和，一般取傳遞功率的1%，=0.03 Kw。
計算得: =0.89+0.210+0.03=1.13 Kw
在確定攻絲電機功率時,應考慮絲錐鈍化的影響,一般按計算功率的1.5~2.5倍選取。
×(1.5~2.5 )=1.71~2.825 Kw
根據<<組合機床設計簡明手冊>>頁動力箱的選用標準,選用的動力箱型號為1TD40,電動機功率是3.0 Kw,驅動軸轉速是480r/min。
1.2.6. 根據通用部件的配套關系選用與動力箱匹配的其他通用部件
參考<<組合機床設計簡明手冊>>P14頁表2---3
部件名稱
標準
名義尺寸(mm)
320
400
液壓滑臺
GB3668.4-83
1HY32
1HY32M
1HY40
1HY40M
動力箱
GB3666.5-83
1TD32
1TD40
側底座
GB3666.6-83
1CC321
1CC322
1CC401
1CC402
選用 液壓滑臺 動力箱 側底座
1HY40 1TD40 1CC401
第二章 組合機床的概述
2.1組合機床及其特點
組合機床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機床。它能夠對一種或幾種零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序，生產效率高，加工精度穩(wěn)定。
組合機床與通用機床、其他專用機床比較，具有以下特點：
（1） 組合機床上的通用部件和標準部件約占全部機床零、部件總量的70-80%,因此設計和制造的周期短，投資少，經濟效果好。
（2） 由于組合機床可以采用多刀加工，并且自動化程度高，因而比通用機床生產效率高， 產品質量穩(wěn)定，勞動強度低。
（3） 組合機床的通用部件是經過周密設計和長期生產實踐考驗的，又有專門廠成批制造，因此結構穩(wěn)定、工作可靠，使用和維修方便。
（4） 在組合機床上加工零件時，由于采用專用夾具、刀具和導向裝置等，加工質量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術水平要求不高。
（5） 當被加工產品更新時，采用其他類型的專用機床時，其大部分部件要報廢。用組合機床時，其通用部件和標準零件可以重復使用，不必另行設計和制造。
（6） 組合機床易于聯成組合機床自動線，以適應大規(guī)模的生產需要。
2.2組合機床的工藝范圍、加工精度及配置形式
組合機床可以完成的工藝有鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削、刮平面、倒角、切槽及滾壓等。而且現在隨著綜合自動化技術的不斷發(fā)展,其工藝范圍也在不斷的擴大。
就設計的攻絲組合機床而言,若潤滑條件良好,在鑄鐵件上加工出的螺孔可以達到2級精度,表面粗糙度達到Ra1.6微米。
螺孔的位置精度由于攻絲時以工件底面為定位基準,加上其他誤差的影響,一般可以達到0.25mm,機床精度較高時可以達到0.15mm。
2.3組合機床的設計步驟
2.3.1 擬訂方案階段
1.制定工藝方案
這是設計組合機床最重要的一步。工藝方案制定的正確與否,將決定機床能否達到“體積小,重量輕,結構簡單,使用方便,效率高,質量好”的要求。
為了使工藝方案制定得合理,必須從認真分析被加工零件的圖紙開始,深入現場全面了解被加工零件的結構特點,加工部位,尺寸精度,表面粗糙度和技術要求,定位夾緊方式,工藝方法和加工過程所采用的刀具,切削用量及生產率等要求,分析其優(yōu)缺點,從而確定零件在機床上完成的工藝方法及內容,決定刀具的種類結構形式和數量及切削用量等。
2.確定機床的配置形式
根據確定的工藝方案,確定機床的配置形式,并定出影響機床總體布局和技術性能的主要部件的結構方案。
3.總圖設計---三圖一卡
在選定工藝方案并確定機床配置形式結構方案的基礎上,進行方案圖紙的設計。
2.3.2 技術設計階段
根據已經確定的工藝和結構方案,按照加工示意圖和機床聯系尺寸圖等開展部件設計,繪制夾具主軸箱等的裝配圖。
2.3.3 工作設計階段
(1) 繪制所有專用零件圖并繪制出潤滑冷卻管路系統(tǒng)圖及機床總圖。
(2) 編制設計說明書。
2.4組合機床的發(fā)展趨向
2.4.1 提高通用部件的水平
提高通用部件的水平可以提高部件的精度和動靜性能，因而使被加工零件的精度明顯提高,表面粗糙度減小。
2.4.2 優(yōu)化裝夾方案
在我所設計的攻絲組合機床上，為了降低工人的勞動強度、節(jié)省裝夾工件的時間和保證定位的快速、可靠，我設計的夾具夾緊裝置有兩根螺柱作為支撐，兩根螺柱之間的距離大于零件的尺寸，零件的定位方案是以零件的3個面進行定位，工人在裝夾時，就能從正面直接把零件裝進夾具，緊靠定位元件，然后夾緊，這樣就使工人操作簡單，提高的工作效率。
第3章 組合機床工藝方案及配置方式的確定
3.1 組合機床工藝方案的確定
3.1.1工藝基準面的分析
1. 箱體類零件工藝基準面的選擇
箱體類零件工藝基準面的選擇原則：
1) 選擇的定位基準面應確保工件穩(wěn)定定位，定位面應盡量大一些。同時,基準面的光潔度、平直性越好越有利于保證定位的精確程度。
2)定位基準面的選擇應考慮到夾緊的方便,夾具結構簡單。
3)應盡量采用設計基準面為工藝基準面。
4)考慮裝卸工件的方便。
加工零件D180N柴油機箱體為箱體類零件。零件有精度高的孔系要加工，既可以采用一面兩孔的定位方法,也可以采用三個平面定位的方法。一面兩孔的定位方式，對定位柱銷的形狀和位置精度有很高的要求，更重要的是在反復的裝卸工件的過程中，柱銷極易發(fā)生磨損，使得定位精度大大地降低。而在三面定位的定位方式下，采用的是平面定位，定位面積比較大，在裝卸工件的過程中，定位面發(fā)生的磨損相對于大面積的平面來說比較小，而且比較均勻。本設計采用了后面一種定位方法。
綜合考慮以上因素,決定:
三面定位中, D180N柴油機箱體零件圖上俯視圖前表面為主定位面,限制工件的三個自由度；右表面為次定位面,限制工件兩個自由度；正視圖頂平面限制工件一個自由度。
2. 確定工件的夾壓位置
確定工件的夾壓位置時考慮到如下問題:
保證工件夾壓后定位穩(wěn)定，并有足夠的剛度，夾壓點的位置應夾壓合力盡量落在定位平面之內,力求接近定位平面的中心。
力求使夾壓部位靠近箱體的壁或筋,減少夾壓后變形。
3.1.2 加工工藝的分析
組合機床上常用的攻螺紋方法
在組合機床上常用絲錐攻制螺紋,其特點是當絲錐攻入1~2絲之后,則絲錐會自行引進,主運動和進給運動之間的嚴格關系由絲錐自身保證,即自引法攻絲。
=np
: 絲錐每分鐘自行引進量()
n : 絲錐每分鐘轉數()
p : 絲錐螺紋螺距,p=1mm
為了保證絲錐穩(wěn)定可靠地攻入工件和不干擾絲錐的自行引進,要求主軸系統(tǒng)向前進給與絲錐的自行引進完全同步。
即 =
: 主軸系統(tǒng)的進給量()。
實際上,無論哪一種攻螺紋主軸都難于達到這一點。因此,絲錐和主軸系統(tǒng)都不是剛性連接,而是在兩著之間設有進給差的補償環(huán)節(jié)。
3.1.3 確定組合機床工藝方案時應注意的問題
1. 攻絲工序要盡量放在最后進行。因為攻絲通常都需要潤滑,如果設在前面,潤滑油液將粘附在工件上,而弄臟其他機床,而且加工時會冒煙。
2. 孔間中心距離的限制
在確定組合機床加工工藝時,要考慮可以同時加工的最小孔間中心距。由于主軸箱上的主軸結構的需要,以及保證必須的加工精度的需要和工作可靠性的要求,組合機床攻絲時對于通用的主軸箱,其主軸間的最小間距是28.5mm。
現在,被加工的柴油機箱體上的螺紋孔中心的間距是50mm>28.5mm。
所以,能夠滿足孔間最小中心距離的要求。
3.1.4切削用量的選擇
1. 確定切削用量時應注意的問題
1). 切削用量的選擇應盡可能達到合理地利用所用的刀具,充分發(fā)揮其性能。
2). 在選擇切削用量時,應注意產品批量的影響。
在大批大量生產中,組合機床要求很高的生產效率,自然地切削用量就應該大一些，本設計的組合機床就是這種情況。
對于在鑄鐵件上加工螺紋,推薦的切削用量是v=4 ~8，取v= 5.65。
3.2 組合機床配置形式的選擇
組合機床有大型和小型兩種，本設計的是大型組合機床。
大型組合機床的配置形式有:臥式單面組合機床、立式單工位組合機床、臥式雙面組合機床、復合式雙面組合機床、臥式多面組合機床、復合式多面組合機床等等。
根據被加工零件的特點,選用臥式單工位組合機床就可以滿足零件加工的需要。
設計的組合機床夾具采用了固定式的結構，這樣,機床可以達到的加工精度高。
第四章 三圖一卡的設計
組合機床總體設計
組合機床總體設計,就是針對零件,在選定的工藝和結構方案的基礎上,進行組合機床總體方案圖樣文件設計。其內容包括被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸總圖以及生產率計算卡。
4.2.1 被加工零件工序圖
1. 被加工零件工序圖的內容
被加工零件工序圖是根據制訂的工藝方案,表示所設計的機床上完成的工藝內容,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、硬度和本機床加工前余量的圖樣。其主要內容包括:
1). 被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設計有關部位結構形狀和尺寸。
2). 本工序所選用的定位基準、夾壓部位以及夾緊方向。
3). 本工序加工表面的尺寸、精度表面粗糙度、形位公差等技術要求以及對上道工序的技術要求。
4). 注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量。
2. 按照規(guī)定繪制被加工零件工序圖
繪制被加工零件工序圖時按照了如下的規(guī)定:
1) 繪制被加工零件工序圖表達應該清晰明了,突出本工序內容,按照一定的合適比例,繪制足夠的視圖以剖面。本加工工序加工部位用粗實線表示,其余部位用細實線表示。
2) 注意事項:
本加工工序加工部位的位置尺寸應與定位基準發(fā)生直接關系。
當本工序有特殊要求時必須注明。本設計中必須注明的特殊要求是: 攻絲12- M6深14mm，所以要加工的螺孔不是通孔。
4.2.2 加工示意圖
加工示意圖是反映零件加工的工藝方案,表示了加工零件在機床上加工過程,刀具、輔具的布置情況以及工件、夾具刀具等機床各部件間的相對位置關系,機床的工作行程及工作循環(huán)等。
其主要內容為:
(1) 反映機床的加工方法、加工條件及加工過程：
加工方法： 絲錐攻制螺紋。
(2) 決定刀具類型、數量、結構、尺寸：
絲錐采用長柄機用絲錐，數量12根。
(3) 決定主軸的結構類型、規(guī)格尺寸及外伸長度：
主軸采用前后支承均為推力球軸承和無內圈滾子軸承的攻絲主軸，外伸長度120mm。
取主軸直徑d=15mm，驗算如下：
由d=B 得M= （其中可查取B=5.2）
∴ M=
又 W
則
查得45鋼的=31
∴ 符合
(4) 選擇標準的浮動卡頭、導向裝置、攻絲靠模裝置,并決定它們的結構、參數及尺寸：
攻絲卡頭采用通用的大型組合機床用攻絲卡頭1-T0637-03。
卡頭號：1號；莫氏圓錐：1號。
(5) 標明主軸、攻絲卡頭、夾具與工件間的聯系尺寸、配合及精度。
4.2.3機床聯系尺寸圖
繪制聯系尺寸圖，一般是在已畫出被加工零件圖、加工示意圖，并初選動力部件及與其配套的通用部件之后進行的。對于機床的某些重要尺寸也應在畫聯系尺寸圖之前的方案設計階段初步確定，如機床的裝料高度，主軸箱輪廓尺寸及夾具輪廓尺寸等。尤其對于加工精度要求較高，比較復雜的組合機床，往往需要預先畫出夾具方案的詳細草圖，以確定其主要輪廓尺寸。所以，總體設計更確切地說是包括夾具方案草圖在內的設計。
1）.夾具輪廓尺寸的確定
組合機床夾具是保證零件加工精度的重要專用部件。這里所要確定的夾具輪廓尺寸主要是指夾具底座的長寬高。這些尺寸的確定，除了首先必須考慮工件的輪廓尺寸、形狀、具體結構外，還須考慮能夠布置下保證加工要求的定位、限位、夾緊機構，導向系統(tǒng)，并要考慮夾具底座與機床其它部件連接、固定所需要的尺寸。對精加工機床，不應過分追求尺寸小，一定要確保夾具具有足夠的剛性。初定夾具輪廓尺寸是760 x 620x420。
2）.機床裝料高度H 的確定
裝料高度是指機床上工件的定位基準面到地面的垂直距離。我國過去設計組合機床的裝料高度一般取H=850毫米。為提高通用部件及支承部件的剛度并考慮自動線設計時中間底座內要安裝夾具輸送、冷卻排屑裝置，新頒布的組合機床標準推薦裝料高度H=1060毫米，與國際標準一致?，F階段，設計組合機床時，裝料高度可視具體情況在H=850～1060毫米間選擇。
因為主軸箱最低主軸必須和工件最低孔同心。所以機床裝料高度H按照如下的公式計算：
+5++0.5+=+
其中：
： 側底座高度。對于1CC401側底座，=560mm。
5 ： 側底座與滑臺之間的調整墊片的厚度。
： 滑臺總高（mm）。滑臺1HY40：=320mm。
0.5： 主軸箱體最低面與滑臺頂面的間隙。
： 最低主軸高度（毫米）。根據主軸箱總裝配圖，=170 mm。
： 工件上最低孔到工件最低定位面的距離（毫米）。
由加工示意圖可知，=20mm。
所以，560+5+320+0.5+170=H+20
解得：H=1035.5mm。
本機床裝料高度H=1035.5毫米。
3）.中間底座輪廓尺寸的確定
中間底座的輪廓尺寸要滿足夾具在其上面安裝連接的需要。其長度方向尺寸要根據所選動力部件及其配套部件的位置關系，照顧各部件聯系尺寸的合理性來確定。非常重要的是，一定要保證加工終了位置時，工件端面至主軸箱前端面的距離不小于加工示意圖上要求的距離。同時，要考慮動力部件處于加工終了位置時，主軸箱與夾具外輪廓間應有便于機床調整、維修的距離。為便于切削及冷卻液回收，中間底座周邊須有足夠寬度的溝槽。
初定出中間底座的長寬高尺寸后，應優(yōu)先在通用部件標準中選用尺寸與之相近的標準中間底座以簡化設計。但往往由于機床裝料高度和夾具輪廓尺寸已先根據加工情況及車間工件運送滾道等具體條件定出，則造成中間底座不能選擇通用件，而須參考類似中間底座專門設計。
4）.主軸箱輪廓尺寸的確定
繪制機床聯系尺寸圖時，著重要確定的尺寸是主軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度。
圖3-1 主軸箱輪廓尺寸確定
主軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的布置有關，可按下式確定：
式中： b—— 工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（毫米）。已知b=216mm。
—— 最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（毫米）。
h—— 工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（毫米）。已知h=114mm。
——最低主軸高度（毫米）。
為保證主軸箱有排布齒輪的足夠空間，推薦＞70～100毫米。取=100mm。
主軸箱最低主軸高度h1須考慮到與工件最低孔位置、機床裝料高度、滑臺滑座總高、側底座高度、滑座與側底座之間調整墊高度等尺寸之間的關系而確定。對于臥式機床，要保證潤滑油不致從主軸襯套處泄漏外，一般取
＞85～140毫米。取=17.mm。
B=216+2×100=416mm。
H=114+172+100=386mm。
按照通用的主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱體的輪廓尺寸為B×H=500×500毫米。
5）聯系尺寸圖的繪制
以工件左端面為基準，根據前面已經確定的工件端面至主軸箱前端面的最小距離382毫米確定機床左面主軸箱前端面的軸向位置。再根據主軸箱最低主軸高度位置尺寸172毫米及主軸箱輪廓尺寸長×寬×厚=500×500×570毫米畫出左主軸箱外廓。主軸箱以其后蓋與動力箱定位連接，根據已選擇的1TD40動力箱的安裝聯系尺寸畫出動力箱輪廓。
在機床長度方向上，通常動力箱后端面應與滑臺后端面平齊安裝。
液壓滑臺的右端面距離側底座最右端為80mm。
滑座安裝在液壓滑臺上。滑座的最右端至液壓滑臺的最右端的距離是68mm，即是后備量。
為便于機床的調整和維修，滑座與側底座之間需加5毫米厚的調整墊。
4.2.4機床生產率計算卡
根據選定的機床工作循環(huán)所要求的工作行程長度、切削用量、動力部件的快進及工進速度等，就可計算機床的生產率及生產率計算卡，用以反應機床的加工過程，完成每一動作所需的時間，切削用量，機床生產率及機床負荷率。
1.確定動力部件的工作循環(huán)及工作行程
動力部件的工作循環(huán)是指：加工時動力部件從原始位置開始運動到加工終了位置又返回到原始位置的動作過程。一般包括快速引進、工作進給、工作退回、快速退回等動作。 有時還有中間停止、多次往復進給、跳躍進給、死檔鐵停留等特殊要求，這是根據具體的加工工藝需要確定的。
下面討論工作行程長度的確定：
（1） 攻進和攻退長度 攻進長度等于攻退長度。攻進長度應等于工件加工部位長度L=14 與刀具切入長度 和切出長度L2之和。切入長度應根據工作端面的誤差情況在5-10 毫米之間選擇，選取誤差大時取大值。設計中取=8mm。對于12-M6深14的螺紋來說，因為不攻通，所以L2=0mm。
（2） 快速退回長度等于快速引進與工作進給長度之和 快速引進是指動力部件把主軸箱連同刀具從原始位置送進到工件進給開始位置，其長度按加工具體情況確定。假如刀具剛性較好，且能夠滿足生產率的要求，那么，為使動力滑臺的導軌在全長形成上均勻磨損，也可使快退行程長度加大。
(3) 動力部件總行程長度 動力部件的總行程除應保證要求的工作循環(huán)外，還要考慮裝卸和調整刀具方便，即考慮前、后備量。
前備量是指因刀具磨損或補償制造、安裝誤差，動力部件尚可向前調節(jié)的距離。后備量是指考慮刀具從接桿中或接桿連同刀具一起從主軸孔中取出所需要的軸向距離。理想情況是保證刀具退離夾具導套外端面的距離大于接桿插入主軸孔內（或刀具插入接桿孔內）的長度。因此，動力部件的總行程為快退行程長度與前后備量為選擇標準動力滑臺或設計專用動力部件的依據。
1） 理想生產率Q（件/小時）
指完成年生產綱領A所要求的機床生產率。任務書上要求完成年生產綱領5萬臺以上。取A=5萬臺。理想生產率與全年工時總數K有關。采用單班制生產，取K=1750小時。
= =28.57件/小時
2） 實際生產率
指所設計機床每小時實際可以生產的零件數量。
（件/小時）
式中：——生產一個零件所需的時間（分）
其中： ——分別為刀具第Ⅰ，第Ⅱ工作進給行程長度（毫米）。根據加工示意圖，=切入長度+攻絲長度=8+14=22mm。
——分別為絲錐第Ⅰ、第Ⅱ工作進給量（毫米/分）。根據加工示意圖==304mm/min
——當加工沉孔、止口、倒角、光整表面時，動力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5～10轉所需時間（分）?，F在，對于攻絲而言，絲錐在完成攻絲后要立即反轉。故=0。
——分別為動力部件快進，快退行程長度（毫米）。根據機床聯系尺寸圖，=280mm。
——動力部件快速行程速度。采用機械動力部件取5～6米/分；液壓動力部件取3～10米/分。對于液壓滑臺，取=6米/分。
——直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉換的時間，一般取0.1分。
——工件裝卸時間，它取決于工件重量、裝卸是否方便及工人的熟練程度。一般取0.5～1.5分，取=1.5分。
所以，
=1.766分
=33.98件
計算出的機床實際生產率滿足理想生產率要求，即，說明選擇的切削用量、機床設計方案是合理的。
3） 機床負荷率當時，計算負荷率： ==0.841。機床生產率計算卡見下頁：
4）
被加工零件
圖號
毛坯種類
鑄件
名稱
D180N柴油機箱體
毛坯重量
40Kg
材料
HT200
硬度：
HBS175~225
工序名稱
攻螺紋孔12-M6深14
工序號
序號
工步名稱
被加工零件數
加工直徑
加工長度
工作行程
切削速度
每分鐘轉速（r）
每轉進給量
每分鐘進給量
工 時
機動時間
輔助時間
共計
1
裝入工件
1
0.15
0.5
2
工件定位.夾緊
0.02
0.08
3
動力部件快進
120
0.05
0.02
4
動力部件攻進
M6
22
22
5.73
304
1
304
0.01
0.073
5
死擋鐵停留
0.02
6
動力部件攻退
22
5.73
304
1
304
0.01
0.073
6
動力部件快退
120
0.05
0.02
7
松開工件
0.02
0.02
8
卸下工件
0.15
0.5
備注
本機床裝卸工件時間取為1.3分
單件總工時
0.46
1.306
1.766
機床實際生產率
33.98件/小時
機床理想生產率
28.57件/小時
負荷率
0.841
第5章 組合機床夾具設計
5.1 組合機床夾具概述
夾具是組合機床的重要組成部件,是根據機床的工藝和結構方案的具體要求而專門設計的。
組合機床夾具看起來和一般夾具的作用很相近,但其結構和設計要求卻有很顯著甚至是根本的區(qū)別。組合機床夾具的結構和性能,對組合機床配置方案的選擇,有很大的影響。 一般的機床夾具是作為機床的輔助結構設計的,而組合機床的夾具是組合機床的主要組成部分,其設計工作是整個組合機床設計的重要部分之一。 組合機床夾具和機床的其他部件有極其密切的聯系。組合機床夾具是保證加工精度的關鍵部件,其設計制造和調整都有嚴格的要求。
組合機床夾具應便于實現定位和夾壓的自動化,并有動作完成的檢查信號,保證切屑從加工空間自動排除,便于觀察和檢查。
按結構特點,組合機床夾具分為單工位和多工位夾具兩大類。本設計完成的是單工位夾具的設計。
5.2 組合機床夾具的總體設計
5.2.1組合機床夾具的設計步驟
(1) 認真研究分析所要設計的夾具的原始數據和要求,被加工零件的特點,工藝安排和加工方法,機床特點等。此外,還要考慮裝卸方式夾壓方法、有無冷卻液以及切屑排除等具體要求。
(2) 擬訂夾具結構方案和進行必要的計算
根據機床設計中確定的工件定位基面、夾壓位置、加工方法等,制定夾具的總體方案。首先繪制工件的外形,然后在工件四周的相應位置上表示出夾具的結構。最后進行夾壓力計算和必要的強度計算。為了提高質量和縮短設計制造周期,在擬訂夾具結構方案時,盡量采用了通用的部件和零件。
(3) 組合機床夾具的總圖和零件設計
在已確定的夾具結構方案基礎上,設計夾具總圖和零件圖。按本組合機床夾具設計的主要功能,其結構分為兩大部分,即定位支撐結構和夾緊結構。
5.2.2組合機床夾具結構方案的制定
一、定位方式的選擇
采用三面定位。主定位面為底面，因為它還要承受工件的重量，所以接觸面積要大些。該面采用了三條定位支承板，消除了工件的三個自由度，選擇的定位支承板應盡可能狹而長，同時應有足夠的剛度。為了使所有定位平面能保持在同一平面內，在裝配后，應經過一次磨平。它用3個螺釘固定在夾具體上,螺釘的規(guī)格是:M1040。 支承板規(guī)格是:
支承板 A25x220 GB2236-80. 材料:T8
熱處理后硬度是55~60HRC。
次定位面選在夾具的右部。該面采用了支承板,采用3個M840的螺釘固定在夾具體上，它的主要作用是作工件推入夾具體時導向用。它消除了工件的兩個自由度。其規(guī)格是:
支承板 A16160 GB2236-80 材料:T8.
熱處理后硬度是55~60HRC。
定位支承板和支承塊緊固在夾具本體的鑄造凸臺上。這樣可以減少夾具本體的加工面積,減少加工時間。
考慮到工件裝卸的方便，最后一個定位面選擇在夾具體的后壁上。采用支撐釘，它消除了工件的一個自由度。
支撐釘 B20x10 GB2236-80 材料：T8
熱處理：滲碳深度0.8～1.2mm，淬火60～64HRC。
二、 夾緊機構的選擇及設計
（1）、進行夾緊機構設計時應遵循如下的諸要求：
1） 必須保證定位準確可靠，而不能破壞定位
2） 工件和夾具的變形必須在允許的范圍內
3） 夾緊機構必須可靠
4） 夾緊機構操作必須安全、省力、方便、迅速，符合工人操作習慣。
（2）、夾緊動力
夾緊動力可以來自于機械機構、或者液壓缸或者氣壓缸等。
機械機構的優(yōu)點是夾緊可靠；但其需要人工操作，費時費力，不利于提高生產效率，因此不能用于大批大量的生產。
氣壓夾緊的優(yōu)點是夾緊動作迅速，但是其體積龐大，不便于減小夾具的體積。
液壓夾緊的優(yōu)點是夾緊動作迅速，夾緊力大，夾緊可靠，有利于提高生產效率。而且液壓缸體積小，易于減小夾具的體積。
綜合以上因素，設計中采用了液壓夾緊。
（3）、攻絲時工件所受力分析
攻絲時,工件在絲錐的軸向方向上所受的軸向力很小,一般的情況下可以忽略不計。在絲錐圓周的切線方向上受扭轉力矩,使得工件有發(fā)生傾倒的趨勢，夾具的夾緊力主要是平衡工件所受的傾覆力矩。
（4）、必要的夾緊力計算和液壓缸的選用。
1.計算時應考慮的計算系數
1）摩擦系數
各種不同接觸表面間的摩擦系數是不同的。
對于支承板安裝后又磨平，工件接觸表面為加工過的表面的情況，查手冊得推薦值：f=0.15～0.25，取f=0.20。
2）安全系數
K=
：基本安全系數。一般取1.5。
：加工狀態(tài)吸系數。粗加工取=1.0。
： 刀具鈍化系數。一般取1.0～1.9。取=1.9。
：切削特點系數。斷續(xù)切削取=1.0
：夾緊力穩(wěn)定系數。手動夾緊取=1.3，機動夾緊取=1.2。
：僅在有力矩企圖使工件回轉時才應考慮支承面接觸情況。若工件安裝在支承板上，取=1.5。
K==1.5×1.0×1.9×1.0×1.2×1.5=5.13
2. 必要的夾緊力計算
=K×f×W
W：工件的重力。工件質量約是40㎏。W=400N。
=5.13×0.2×400=410.4N。
3． 液壓缸的選用
選用了通用的T5016Ⅰ型前法蘭式液壓缸，行程30mm，缸徑D=65mm。安裝螺釘是6-M12×45。油液工作壓力25㎏/，有效的工作壓力是20㎏/。
因此，T5016Ⅰ型前法蘭式液壓缸能提供的有效的壓力是
==663325N
大于。說明選用合理。該壓力足以克服工件被加工時所受的傾覆力矩，保證加工過程的順利進行。
（5） 夾緊力方向及夾緊力作用點的確定
1．夾緊力方向的確定。
夾緊力方向確定時應盡量遵循下列的各原則：
a— 夾緊力的方向應有利于工件的定位而不能破壞定位，一般要求夾緊力應垂直于第一定位基準面。
b— 夾緊力的方向應與工件剛性高方向相一致
c— 夾緊力的方向應盡量與切削力和重力方向一致，有利于減小夾緊力
綜合考慮到以上各原則，確定夾緊力方向豎直向下。
2．夾緊力作用點的選擇：
1)夾緊力的作用點應與支撐點點對點對應，或在支撐點確定的區(qū)域內，以避免破壞定位或造成較大的夾緊變形。
2)夾緊力的作用點應作用在工件剛度高的部位。
3)夾緊力的作用點和支撐點盡可能靠近切削部位。
4)夾緊力的反作用力不應使夾具產生影響加工精度的變形。
（6）夾緊裝置的設計
液壓缸的芯軸上用M16的螺紋聯接著接桿。但是，接桿并不能直接把夾緊力作用在被加工的零件上。接桿的尾部接一個弧型壓塊，型號為B100x20 GB2174-80。這樣做的好處是擴大了工件的受力面積，工件上受力均勻，提高了加工過程中工件的穩(wěn)定性，易于保證工件加工的精度要求。
接桿與弧型壓塊的連接方法見夾具裝配圖。
四 夾具本體的設計
夾具本體的設計一般要求有:
1) 足夠的剛度和強度
2) 較輕的重量
3) 安裝要穩(wěn)定
4) 保證工件裝卸方便
5) 工藝性要好
6) 便于清理切屑和贓物
7) 保證使用安全
夾具本體最常用的制造方式為鑄造。 它的工藝性好,可以鑄出較復雜的形狀.一般能保證較好的剛度,而且重量輕,機械加工量小,對于表面位置精度要求較高的本體,用刮削來保證其精度時,采用鑄件更為合適,另外,鑄件工作時吸收振動的性能好,故應用廣泛。
鑄鐵為最常用的材料,它價格便宜,抗振性能好,塑性很小,再使用過程中,可以保持較高的精度。
考慮到以上的因素,決定夾具本體采用鑄鐵件。 材料為HT200。夾具體壁厚20mm 。
夾具的制造多為單件生產，其結構工藝性的好壞，對夾具制造的精度、生產周期等有著很大的影響。尤其是夾具體，因其結構復雜，變化較多，又是夾具中最大的零件，定位件和其他的一些元件都要安裝在夾具本體上，各個表面間的相互位置精度和表面本身的精度要求都很高，因此，夾具本體的構造工藝性比其他的零件更為突出。
在設計夾具本體的過程中,考慮到的鑄造工藝性問題有:
1) 注意拔模斜度一般為2~3度
2) 合理布置加強筋,增加夾具本體的剛度
3) 夾具本體的幾何形狀的選擇應便于加工
4) 本體的構形應考慮裝配的可能性和方便性
夾具本體零件的構造，對裝配工作的影響很大，合理選擇夾具本體的結構形狀，會給夾具的裝配工作帶來很大的方便。
5) 本體零件圖上的尺寸標注應便于測量
夾具本體的構造以及尺寸和角度的標注都比較復雜，設計時除了考慮加工和裝配的工藝性之外，還應考慮到測量的方便性。
考慮到鑄造工藝性，夾具機構的兩個支承架與夾具體分開鑄造，然后用螺釘和圓錐銷裝配起來。螺釘的規(guī)格和數量是:6-M1045。
5.3 夾具總圖的繪制
當選定結構后，即可繪制夾具總圖。
5.3.1 夾具總圖上應表示的內容
（1） 工件的輪廓圖，特別是定位基準部分和加工面。（用假想的線畫出）
（2） 夾具結構的投影圖和必要的剖面圖。
（3） 夾具總圖上應標注的主要尺寸及技術條件。
（4） 有關制造、使用、調整等方面的特殊條件和說明，以及聯用的圖號。
（5） 夾具零件號。
5.3.2 繪制總圖的程序和要求
（1）、未開始動手之前，先初步考慮一下結構的布置，按照預想的結構大小選取幅面，以能畫下全部的總圖為原則。
（2）、選擇投影面，通常按工件在加工時操作者正對的面為投影面。
（3）、按照所處的加工位置，畫出零件的輪廓圖。首先畫出定位基準，再畫零件外輪廓以及加工部位。有了工件的輪廓，就可以直觀地看出是否會發(fā)生干涉問題。
（4）、 按照工序卡上的定位圖，畫出有關的定位元件。
（5）、 按照所考慮的夾緊方案，畫出夾緊裝置。
（6）、 畫出夾具本體以及其他的零件。
（7）、 查看圖面是否已經把結構全部表明，即夾具上的每種零件都能在總圖上看得清楚，與其他零件的裝配情況也能表示明白。
（8）、注上夾具的零件號。
（9）、注出總圖上的主要尺寸和技術條件。
（10）、填寫標題欄。
5.3.3 夾具總圖上的主要尺寸和技術條件
確定夾具總圖上的主要尺寸和技術條件是夾具設計中的重要工作之一。它關系到夾具的使用、制造、維修、裝配、檢驗等，對夾具的質量有著直接的影響。
一、 總圖上需要標注技術要求的表面類別
1．對于保證零件的加工精度起主導作用的各種表面，即所謂的定位面、找正面等，都應標注技術要求。
2． 夾具的某些表面，如果對夾具的制造、檢驗和裝配的質量發(fā)生主要影響時，也必須對這些表面的精度和配合特性以及它們之間的相對位置精度標注必要的技術要求。
二、 夾具總圖上主要尺寸公差的確定
對于平面定位表面，通?？梢圆捎冒凑湛倛D組合后進行磨平的加工方法。按照它與夾具安裝面之間的位置關系，可以標注平行度、垂直度等要求，其公差可以由夾具裝配后的精度所確定。
三、 夾具上標注主要尺寸和技術要求時的注意事項
1． 在確定有關表面的技術條件的公差數值時，應考慮到夾具上基準面的大小和被測量面的大小。當基準面較大而被測量面較小時，公差可以定得小些。
2． 夾具總圖上的技術要求應盡量采用綜合注法，即總圖上標注的技術要求能控制此處各零件之間的多重配合表面的制造精度。
3． 標注主要尺寸和技術條件時應注意基準面的選擇。一般應盡量采用夾具上較大的使用表面作為基準面來標注技術要求。
5.4 夾具的定位誤差分析
因為該夾具采用的是三個平面定位，不用進行夾具的定位誤差計算。
第6章 組合機床多主軸箱設計
6.1多主軸箱的基本結構
主軸箱按其結構大小可分為大型主軸箱和小型主軸箱兩大類。大型主軸箱又可分為標準主軸箱和專用主軸箱，我們設計的是大型標準主軸箱。
大型攻絲主軸箱主要由箱體、主軸、傳動軸、齒輪、軸套等零件和通用的附加機構組成。主軸箱體、前蓋、后蓋、上蓋、側蓋等為箱體類零件。通常，臥式主軸箱的厚度為325毫米。主軸、傳動軸、手柄軸（供更換、調整刀具和主軸箱裝配及維修檢查主軸精度時回轉主軸用）、傳動齒輪、動力箱或電機齒輪等為傳動類零件。葉片油泵、分油器、注油杯、排油塞、通用油盤和防油套等潤滑防油元件。
按照通用的標準, 主軸箱體厚度取180mm,材料為HT200 ； 后蓋厚度取90mm,材料為HT 250；前蓋基型厚度取為20mm,材料為HT 250 。
攻絲標準主軸采用軸徑15mm的前后支承均為推力球軸承和無內圈磙子軸承的主軸，主軸材料為20Cr鋼,熱處理為S0.5~C59。
傳動軸采用了:
(1) 圓錐滾子軸承傳動軸
(2) 埋頭式傳動軸
(3) 手柄軸
(4)攻絲用蝸桿軸
傳動軸材料用45鋼,調質處理T215。
齒輪均采用20,熱處理為齒部高頻淬火G54。
6.2 多主軸箱設計步驟和內容
6.2.1 繪制多主軸箱設計原始依據
從”三圖一卡”中已知:
1) 主軸箱輪廓尺寸為500500mm
2) 工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸
3) 工件與主軸箱相對位置尺寸
根據這些數據可得出繪制多主軸箱設
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