基于三维的柴油机气缸盖组合钻床总体及夹具设计毕业论文.doc

目 录1 前言12 组合机床总体设计32.1 总体方案论证32.1.1 加工对象工艺性分析32.1.2 机床配置型式的选择32.1.3 定位基准的选择32.2 确定切削用量及选择刀具42.2.1 选择切削用量42.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率52.2.3 刀具耐用度的计算72.2.4 选择刀具结构82.3 三图一卡设计82.3.1 被加工零件工序图82.3.2 加工示意图82.3.3 机床联系尺寸图102.3.4 机床生产率计算卡123 组合机床夹具设计153.1.1 零件的工艺性分析153.1.2 夹具设计的基本要求153.1.3 夹具总体结构构思163.2 定位方案的确定163.2.1 定位方案的论证163.2.2 定位基准的选择163.2.3 定位的实现方法163.3 误差分析183.3.1影响加工精度的因素183.3.2保证加工精度的条件183.4 夹紧方案确定203.4.1 夹紧装置的确定203.4.2 夹紧力的确定223.4.3 夹紧液压缸的选择233.5 导向装置的选择243.5.1 钻模套型式的选择和设计243.5.2 钻模板的类型和设计253.6 夹具体确定253.7 夹具体三维模型264 结论30参考文献33致 谢34附 录351 前言组合机床是根据工件加工需要,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。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、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，可根据需要灵活配置，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。它的特征是高效、高质、经济实用,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。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制,它的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、板件等也占一定份额),完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,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,还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,配以可编程序控制器()、数字控制()等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外,近年来组合机床加工中心、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年代以来，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发展，组合机床的加工精度也有所提高。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、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。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、开发能力、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，不能充分满足国内建设需要，关键技术过分依赖国外，自主发展能力薄弱，高技能人才的比较优势有弱化的危险，产品质量不稳定，用户服务水平差距较大。本次设计的课题是柴油机气缸盖组合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柴油机销路十分走俏，市场需求量大，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ZH1105气缸盖钻排气道面上2M107H螺纹底孔至8.376，深19mm，Ra6.3，各孔位置度公差为0.20mm；钻井气道上4M107H螺纹底孔至8.376，深19mm，Ra 6.3，各孔位置度公差为0.30mm；钻G3/8放置螺塞底孔至15.2mm通孔，以上倒角均C1，Ra 12.5。前面，后面，左面三个面上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足柴油机机体前后左三面同时钻孔的需要。本次设计分总体设计、夹具设计、左轴箱设计、右轴箱设计及后主轴箱设计四部分。我主要负责夹具部分的设计，总体设计由我和另外三位同学共同完成。在设计组合机床过程中，组合机床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，使设计工作量大为减少，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，还有一定的难度。设计该组合机床思路如下：仔细分析零件的特点，以确定零件合理可行的加工方法（包括安排工序及工艺流程，确定工序中的工步数，选择加工的定位基准及夹压方案等），确定工序间加工余量，选择合适的切削用量，确定组合机床的配制形式；根据被加工零件的工艺要求确定刀具，再由刀具直径计算切削力，切削扭矩，切削功率，然后选择各通用部件，最后按装配关系组装成组合机床。本说明书以设计卧式三面钻螺纹底孔组合机床为主线，阐述了刀具的选择和夹具设计的过程。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，首先是被加工零件的工艺分析，然后是总体方案的论证，在比较了许多方案之后，结合本道工序加工的特点最终选择卧式三面的机床配置型式。再结合本道工序的特点选择刀具。根据选择的切削用量，计算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再确定刀具的大小和型式。在确定这些设计计算后，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计算卡。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，首先确定工件的定位方案，然后选择夹紧方案，估算夹紧力大小，选择夹紧液压缸的型号，最终完成夹具的零部件设计。最后根据计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ZH1105柴油机气缸盖。材料HT250，其硬度为HB190240，重量36.5Kg，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：钻右面、左面、后面的孔，由本设备“ZH1105气缸盖三面钻组合机床”完成，因此，本设备的主要功能是完成柴油机气缸盖右面、左面、后面三个面上7个孔的加工。具体加工内容及加工精度是：a. 钻后面上2个孔钻：钻2M107H螺纹底孔至8.376，深19mm，Ra6.3，各孔位置度公差为0.20mm。b.钻右面上4个孔：4M107H螺纹底孔至8.376，深19mm，Ra 6.3，各孔位置度公差为0.30mm。c.钻左面上1个孔： 钻G3/8放置螺塞底孔至15.2mm通孔，Ra 6.3。以上倒角均C1，Ra 12.5。2.1.2 机床配置型式的选择根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，又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑、冷却、排屑情况良好。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，在最后决定采取哪种方案时，绝不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种方案的对比，从中选择最佳方案。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。根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辅助时间重合，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。卧式组合机床床身由滑座、侧底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方便；而且，机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，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，操作方便。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选择的加工工艺方案，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 定位基准的选择被加工零件为ZH1105柴油机气缸盖属箱体类零件，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.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。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，从而减少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（工位）的许多部件实现通用化，有利于缩短设计、制造周期，降低成本。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.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。b.有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序。一般情况下，“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。由于柴油机气缸盖底面有两个孔，再通过底面这个平面就可限制气缸盖六个自由度。初步拟定“一面双孔”定位方法。2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 选择切削用量对于7个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从文献1P.130表6-11中选取。由于钻孔的切削用量还与钻孔深度有关，随孔深的增加而逐渐递减，其递减值按文献1P.131表6-12选取。降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头折段。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。切削用量选择是否合理，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1得硬度HB190-240时，高速钢钻头的切削用量如表2-1：表2-1高速钢钻头切削用量加工材料加工直径（mm）切削速度(m/min)进给量(mm/r)铸铁190240HBS61210180.10.1812220.180.25在选择切削速度时，要求同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必须相等并等于滑台的工进速度（单位为mm/min）,因此，一般先按各刀具选择较合理的转速(单位为r/min)和每转进给量（单位为mm/r），再根据其工作时间最长、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”来满足每分钟进给量相同的要求，即 （2-1）在选择了转速后就可以根据公式 （2-2）选择合理的切削速度。A 右侧面上4个孔的切削用量的选择4M10钻至48.376，深19，l=19mm 由d612，硬度大于190240HBS，选择v=1018m/min, f 0.10.18mm/r,又d=8.376mm,初选n=533r/min, f =0.13mm/r,则由（2-2）得：v=8.376533/1000=14m/min B.后侧面上2个孔的切削用量的选择2M10钻至28.376，深19，l=19mm由d612，硬度大于190240HBS，选择v=1018m/min, f 0.10.18mm/r, 又d=8.376mm, 初选n=536r/min, f =0.13mm/r,则由（2-2）得：v=8.376536/1000=14.1m/minC.左侧面上一个孔的切削用量的选择钻G3/8放置螺塞底孔至15.2mm通孔由d1222，硬度大于190240HBS，选择v=1018m/min, f 0.180.25mm/r, 又d=15.2mm, 初选n=335r/min, f =0.20mm/r,则由（2-2）得：v=15.2335/1000=16m/min 表2-2 加工各个孔的进给量，工进速度及切削速度 孔径切削用量8.3768.37615.2v (m/min)1414.116f (mm/r)0.130.130.20n (r/min)5335363352.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率根据文献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 右侧面上4个孔的切削用量的选择钻4M10钻至48.376，深19由公式（2-3）得：=268.3760.130.82230.6= 1091.6 N由公式（2-4）得： =108.3761.90.130.82230.6 = 2843.4 Nmm由公式（2-5）得： = =0.156 kWB.后侧面上2个孔的切削用量的选择钻2M10钻至28.376，深19由公式（2-3）得：=268.3760.130.82230.6= 1091.6N由公式（2-4）得： =108.3761.90.130.82230.6 =2843.4 Nmm由公式（2-5）得： = =0.157 kWC. 左侧面上一个孔的切削用量的选择钻G3/8放置螺塞底孔至15.2mm通孔由公式（2-3）得：=2615.20.200.82230.6= 2796.1 N由公式（2-4）得： =1015.21.90.200.82230.6 =12452.2 Nmm由公式（2-5）得： = =0.43 kW表2-3加工各个孔的切削力、切削转矩及切削功率孔径F (N)M (Nmm)P (kW)8.3761091.62843.40.1568.3761096.62843.40.15715.22796.112452.20.432.2.3刀具耐用度的计算确定刀具耐用度，用以验证选用量或刀具是否合理，刀具的耐用度至少大于4个小时。查阅文献2中公式： （2-6） 式中： 刀具耐用度，单位min； 钻头直径，单位mm； 切削速度，单位m/min； 每转进给量，单位mm/r； 布氏硬度。选择8.376mm的钻头进行计算： =14328min根据计算，所得刀具耐用度满足要求。2.2.4 选择刀具结构根据工艺要求及加工精度的要求，加工7个孔的刀具均采用标准锥柄长麻花钻。2.3三图一卡设计2.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，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、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。a.被加工零件名称及编号：气缸盖 ZH1105材料及硬度：HT250 HB190240 重量12Kg。b.定位基准及夹压点的选择针对机体的结构特点，选用“一面双孔”定位基准。 c.图中符号 夹紧点 定位基面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。是表达工艺方案具体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。A.刀具的选择在编制加工示意图的过程中，首先是对刀具进行选择。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、生产率和工作情况。因而正确选择刀具是一个相当重要的工作。刀具的选择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一定的距离。刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。孔8.376选择刀具8.376G7；孔8.376选择刀具8.376G7；孔15.2选择刀具15.2G7。B.导向结构的选择组合机床钻孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支承刚性。本课题中加工7个孔时，由于是大批大量生产，考虑到当导套磨损时，便于更换，避免使整个钻模板报废，以节约成本，所以导向装置选用可换导套。对于加工8.376孔，选择的导套尺寸为：D=18 mm，D1=25 mm，D2=30 mm，L=25 mm，对于加工8.376孔，选择的导套尺寸为：D=18mm，D1=25 mm，D2=30 mm，L=25 mm， 对于加工15.2孔，选择的导套尺寸为：D=30 mm，D1=40 mm，D2=50 mm，L=35 mm， C.确定主轴、尺寸、外伸尺寸在该课题中，主轴用于钻孔，选用滚珠轴承主轴。又因为浮动卡头与刀具刚性连接，所以该主轴属于长主轴。故本课题中的主轴均为滚珠轴承长主轴。根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩T，由1P.43公式 (2-7)式中，d轴的直径（）；T轴所传递的转矩（Nm）； B系数，本课题中主轴为非刚性主轴，取B=6.2。由公式可得：轴14 d=30 mm轴56 d=30 mm轴7 d=38 mm查1P.44表3-6可得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号。主轴轴径d=30mm时，主轴外伸尺寸为：L=115mm；接杆莫氏圆锥号为。主轴轴径d=38mm时，主轴外伸尺寸为：L=115mm；接杆莫氏圆锥号为2。D.动力部件工作循环及行程的确定a.工作进给长度的确定工作进给长度，应等于加工部位长度L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度和切出长度之和。切入长度一般为510mm，根据工件端面的误差情况确定。由于加工的孔均为螺纹底孔，即盲孔，所以各个孔的切出长度均为零。两个面上钻孔时的工作进给长度见下表：表2-4 工作进给长度Ld左主轴箱22815.2右主轴箱1988.376后主轴箱19 88.376b.进给长度的确定快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置。初步选定三个主轴箱上刀具的快速进给长度都为140mm。c.快速退回长度的确定快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。由已确定的快速进给和工作进给长度可知，三面快速退回长度为170mm。d.动力部件总行程的确定动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。三面的前备量取30mm，后备量取130mm，则总行程为330mm。2.3.3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图是用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局。用以检验各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求和通用部件选择是否合适；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据；它可以看成是简化的机床总图。2.3.3 .1选择动力部件A.动力滑台形式的选择本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下优点：在相当大的范围内进给量可以无级调速；可以获得较大的进给力；由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现；过载保护简单可靠；由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。但采用液压滑台也有其弊端，如：进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定；液压系统漏油影响工作环境，浪费能源；调整维修比较麻烦。本课题的加工对象是ZH1105柴油机气缸盖三个面上的7个孔，位置精度和尺寸精度要求较高，因此采用液压滑台。由此，根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理等因素，确定机床为卧式双面单工位液压传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动主轴箱钻孔主轴。B.动力滑台型号的选择a.根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按文献1 P.62式 （2-8）式中，各主轴所需的 向切削力，单位为N。则左主轴箱 右主轴箱 后主轴箱 实际上,为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于。b.进给速度V左= n1xf=335x0.20=67V右= n2xf=533x0.13=69.3V后= n3xf=536x0.13=70 c.最大行程 L=400mmd.动力滑台导轨型式动力滑台导轨组合有“矩矩”和“矩心”两种型式。前者一般多用于带导向刀具进行加工的机床及其他粗加工机床，后者主要用于不带导向的刚性主轴加工及其它精加工机床。由此可知，本机床选用“矩矩”式最合适。考虑到所需的进给力、最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性，由文献1P.91表5-1，左、右两面的液压滑台均选用1HY40IA型。台面宽500mm，台面长1000mm,行程长400mm，滑台及滑座总高320mm,滑座长1240mm，允许最大进给力32000N，快速行程速度6.3m/min，工进速度10350mm/min。3.3.1.2 对刀误差因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，装配图中，刀具与钻套之间的间隙会引起刀具的位移或倾斜，造成加工误差。 钻48.376深19,钻套导向尺寸为18，所以加工时的对刀误差为=0.043.3.1.3夹具的安装误差 因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差。本组合机床的夹具的安装基面为平面，因此安装误差：=0。3.3.1.4加工方法误差 因机床的精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形因素造成的加工误差，所以根据经验为它留出工件公差的1/3，计算可得： =0.1/3=0.033mm。3.3.1.5 夹紧方法误差 因液压缸对夹具施加的力是垂直向下的,对被加工零件在前后左右方向产生的力可以忽略不计,所以有夹紧方法产生的误差：=0。3.3.2 保证加工精度的条件工件在夹具中加工时，总加工误差为上述的各项误差之和。由于上述误差为独立随机变量，应用概率法叠加因此保证加工精度的条件为： （3-2）即工件的加工误差=0.164mm应不大于工件的尺寸公差，由于孔距尺寸为1300.1，可取=0.2，为满足条件，所以该精度满足要求。3.4 夹紧方案的确定3.4.1夹紧装置的确定3.4.1.1夹紧装置的组成本设计中夹紧装置采用机械夹紧装置，由力源装置、中间传力机构、夹紧元件三部分组成。其组成部分的相互关系，如下面的方框图所示。 图3-2 夹紧装置组成的方框图 3.4.1.2夹紧装置设计的基本要求a.夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。b.夹紧力的大小要可靠和适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变，振动小，又要使工件不产生于过大的夹紧变形。c.夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领想适应，在保证生产率的前提下，其结构要力求简单，以便于制造和维修。d.夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。3.4.1.3夹紧装置的选择通常应用的机械夹紧装置有气压装置和液压装置两种，各有其优越性，要根据实际情况来选择用哪种装置。A.气压装置气压装置以压缩空气为力源，应用比较广泛，有以下特点：a.动作迅速，反应快。气压为0.5MPa时，气缸活塞速度为110m/s，夹具每小时可连续松夹上千次。 b.工作压力低（一般为0.40.6MPa）。传动结构简单，对装置所用材料及制造精度要求不高，制造成本低。c.空气粘度小，在管路中的损失较少，便于集中供应和远距离输送，易于集中操纵或程序控制等。d.空气可就地取材，容易保持清洁，管路不易堵塞，也不会污染环境，具有维护简单，使用安全、可靠、方便等特点。主要缺点是空气压缩性大，夹具的刚度和稳定性较差；在产生相同原始作用的条件下，因工作压力低，其动力装置的结构尺寸大。此外，还有较大的排气噪声。B.液压装置液压装置的特点是：a.液压油油压高、传动力大，在产生同样原始作用力的情况下，液压缸的 结构尺寸比气压小了许多。b.液压油的不可压缩性可使夹具刚度高，工作平稳、可靠。c.液压传动噪声小，劳动条件比气压的好。通过对以上两种机械夹紧装置优缺点的比较，结合加工工件的精度要求、工人的劳动强度和环境要求、企业的实际情况，本设计中夹紧装置采用液压夹紧装置。3.4.2夹紧力的确定3.4.2.1夹紧力确定的基本原则A.夹紧力的方向a.夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。b.夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。c.夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向。B.夹紧力的作用点a.夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。b.夹紧力的作用点应选在工件刚度较高的部位。c.夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。3.4.2.2夹紧方案根据以上要求及原则，工件属于箱体类零件，夹紧力的方向应垂直于最重要的定位基面底面，并将工件压向该面，而不宜与其他方面进行夹紧。由于工件为薄壁件，易受力变形，故采用多点同时压向工件，均匀分布压紧力，起到减少受力变形的效果。夹紧力为液压缸驱动。用推杆将压力传递致压板，然后由压板将压力分散到工件压紧表面，从而将工件压紧。3.4.2.3夹紧力的预算根据工件所受切削力、夹紧力的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，来确定夹紧力。根据文献5查得切削力Q的计算公式如下 （3-3）式中 安全系数；切削力；定位销上允许承受的一部分切削力，通常可按挤压强度确定：；许用挤压应力，取定位销和工件中较小者；压板和工件表面间的摩擦系数；工件和定位支承块间的摩擦系数；定位销的直径；定位销的接触长度。根据文献5查得安全系数按下式计算 （3-4）式中，为各种因素的安全系数，查文献4表3-1和表3-2：考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数，取；：加工性质，取；：刀具钝化程度，取；：切削特点，取；：夹紧力的稳定性，取；：夹紧时的位置 ，取；：仅有力矩使工件回转时工件与支承面的接触情况，取。 查文献2表3-34摩擦系数，均为 根据2.2.2节切削力的计算结果，取P =4386.4N 3.4.3夹紧液压缸的选择a.压缸工作压力的确定由4P.10页表2-1得组合机床工作压力3-5MP，取P=5MP。b.内径D和秆直径d的确定查表2-2,取P2=0.5MP 取cm=0.95查表2-3,取d/D=1/2由公式（2-3）查表2-4,取D=100mm查表2-5取d=50mmc.液压缸壁厚和外径的计算由4P.12页公式 （3-5）式中 液压缸壁厚； D液压缸内径； 试验压力，最大工作压力的（1.25-1.5）倍 =1.35=6.5MP； 缸体材料许用应力，铸钢=100-110MP，取=100MP。 ，取=15mm则外径D1=D+2=100+30=130。d.工作行程的确定查表2-6,取工作行程为30mm。e.缸盖厚度的确定 （3-6）取t=15mm。综上所述，查资料5P.817页表3.6-23，选定夹紧液压缸为T5019I型油缸。3.5 导向装置的选择导向装置的作用在于保证刀具对于工件的正确位置；保证各刀具相互间的正确位置和提高刀具系统的支承刚性。3.5.1钻模套型式的选择和设计a.钻套的型式钻套的结构和尺寸已标准化，按其使用特点可分为固定式钻套、可换钻套和快换钻套。由于工件是大批量生产。固定钻套显然不合适而快换钻套加工位置精度较低，不能满足加工要求，因此选择可换钻套。可换钻套装于衬套中而衬套则是压配（H7/r6）于钻模板的孔内，该钻套由螺钉固定以防转动或在退刀时随刀具带起。b.钻套内孔直径的基本尺寸及公差配合的选择钻套内孔直径的基本尺寸应为所用刀具的最大极限尺寸，钻套内径与孔钻头配合用H7/f7(考虑到所用刀具和工件上的加工精度要求)。衬套内外孔查资料2P.408页表5-8通用导套的尺寸规格，d、D和D2的 关系如下图所示。图3-3 导套尺寸简图对于加工8.376孔，选择的导套尺寸为：D=18mm，D2=32mm，D1=25 mm，L=25mm，h=10mm, l1=3mm, 配用的螺钉M6对于加工15.2孔，选择的导套尺寸为：D=30mm，D2=55mm，D1=40 mm，L=35mm，h=10mm，l1=3mm,配用的螺钉M6。对于加工8.376孔，选择的导套尺寸为：D=18mm，D2=32 mm，D1=25mm，L=25mm，h=10mm，l1=3mm,配用的螺钉M6。3.5.2 钻模板的类型和设计由于孔的位置精度要求较多，因此选用固定式钻模板，这种钻模板直接固定在夹具体上，钻套相对于夹具也是固定的。在设计钻模板结构时，主要根据工件外形大小，加工部件，结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定，要求钻模板结构简单，使用方便，制造容易要求：a.保证钻模板有足够刚度前提下，要求尽量减少其重量，钻模板的厚度按钻套的高度来确定，一般在1030mm之间，钻模板一般不宜承受夹紧力。由于在钻套设计中钻套高度L=36mm，钻模板厚度取36mm。b.钻模板安装钻套的孔与定位元件间的位置精度将影响工件的位置精度，因此至关重要的配合精度取H7/p6（上面查的）。c.要保证加工过程的稳定性3.6 夹具体的确定夹具上的各种装置通过夹具体连接成一个总体。因此，夹具体的形状及尺寸取决于夹具上各种装置及夹具与机床的连接。夹具体设计的基本要求：a.有适当的精度和尺寸稳定性。b.有足够的强度和刚度。c.结构工艺性好。d.排屑方便。e.在机床上安装稳定可靠。f.保证装卸工件方便本设计方案中的夹具体材料为HT200，基本尺寸：600473360mm，座底设计排屑装置，具体见夹具装配图。3.7 夹具体的三维模型 4 结论本次设计的ZH1105柴油机气缸盖钻扩组合机床采用三面同时钻孔的工作方式，在加工生产中同时完成柴油机气缸盖7个孔的钻加工。这次设计分总体设计和夹具设计两个部分。整个设计通过对零件工艺分析，结构分析，确定了夹紧、定位方案，完成了对“三图一卡”及夹具的绘制。本组合机床采用液压滑台、精密导套等零件，精度高，调整、保养以及维修方便；同时本机采用单工位的工作方式，在加工生产线上7个孔一次加工，大大提高了生产效率，降低了劳动强度，从而降低了零件的加工成本。本组合机床设计合理，符合实际应用，满足加工要求，且绝大部分采用了通用部件和标准件，制造成本低，机床操作简单，设备调整、维修方便。本机床设计也有一些不足之处如：机床占